一种聚光光伏匀光调控方法及系统与流程

本发明涉及聚光光伏匀光调控，尤其涉及一种聚光光伏匀光调控方法及系统。

背景技术：

1、聚光光伏系统通过光学聚光提升入射能量密度，适合高效率发电，但其光场对太阳位置、组件安装姿态和镜面状态高度敏感，实际运行中容易出现光斑偏移和局部聚集。

2、现有技术多采用固定光路、单一跟踪控制或单纯电侧调节，难以及时反映反射镜形变和光斑分布变化，导致电池片受光不均、串电流失配和局部温升累积。

3、在持续高照度作用下，热点风险会进一步放大封装老化和输出波动，现有方案缺乏光学调节与电学控制协同闭环，难以兼顾匀光效果和运行稳定性。

4、因此，需一种能够解决上述现有技术不足的聚光光伏匀光调控方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种聚光光伏匀光调控方法及系统，通过对太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数、光斑校准图像、红外热像以及组件串电流和串电压进行同步获取，结合初始光线追迹与残差自校正重建电池片表面的实际辐照度矩阵，并基于光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数执行分层约束模型预测控制，在光学层联动修正聚光器姿态和反射光斑位置，在电学层同步调整功率峰值跟踪参考值、旁路开关控制指令和直流变换器占空比，在反馈时同步重新采集太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差和反射镜面形变参数，从而实现光斑均匀化、热斑抑制和输出稳定控制。

2、本发明提供了一种聚光光伏匀光调控方法，包括：s1、获取太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数、光斑校准图像、红外热像以及组件串电流和串电压；s2、基于太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数和标称光路建立初始光线追迹模型，并结合光斑校准图像和红外热像对初始光线追迹模型进行残差自校正，重建电池片实际辐照度矩阵；s3、根据实际辐照度矩阵提取光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数；s4、基于光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数，在滚动时域内执行分层约束模型预测控制，先求解聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量，再求解组件输出参数调节量；s5、根据聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量调整聚光器姿态和反射镜位置，并根据组件输出参数调节量调整功率峰值跟踪参考值、旁路开关控制指令或直流变换器占空比；当热斑风险值超过热斑风险阈值或非均匀因子超过非均匀阈值时，将更新后的光斑校准图像、红外热像、组件串电流和串电压作为反馈输入，返回步骤s1至步骤s5重新执行匀光调控。

3、可选的，s1包括：

4、通过太阳位置传感器获取太阳高度角和太阳方位角，通过姿态传感器获取组件安装偏差，通过镜面形变传感器或图像测量结果获取反射镜面形变参数，通过光斑成像装置获取光斑校准图像，通过红外热像仪获取红外热像，通过电参采样电路获取组件串电流和串电压，并将所述数据统一到同一时标。

5、可选的，s2包括：

6、根据所述太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数和标称光路建立初始光线追迹模型，输出名义辐照度矩阵；

7、将所述光斑校准图像和红外热像分别转换为光斑分布图和温升分布图，并与所述名义辐照度矩阵进行像元配准，生成残差修正矩阵；

8、根据所述名义辐照度矩阵和残差修正矩阵重建所述实际辐照度矩阵，并将所述实际辐照度矩阵供后续特征计算使用；

9、进一步的，所述残差修正矩阵由当前控制周期的光斑校准图像和红外热像与名义辐照度矩阵配准得到的当前校准样本、预存历史偏差样本库中的历史偏差样本以及由所述红外热像与名义辐照度矩阵之间像元差生成的热像误差共同生成，并对采样时间更接近当前控制周期的样本赋予更高的时间衰减权重，以滑动窗口方式更新残差自校正参数，更新后的残差自校正参数用于修正下一控制周期的实际辐照度矩阵。

10、可选的，s3包括：

11、按照电池片边界对所述实际辐照度矩阵分区，计算各分区辐照度质心并与对应电池片几何中心比较，得到光斑质心偏差；

12、计算各分区峰值辐照度与平均辐照度之差及其比值，得到非均匀因子，并将各分区峰值辐照度作为局部峰值照度；

13、将所述局部峰值照度、连续采集的红外热像对应的相邻时刻温升梯度和持续时长进行加权，得到热斑风险值；

14、将串电流方差和相邻串峰值电流差值进行加权，得到电流失配指数，并将所述光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数供后续联动优化使用。

15、可选的，s4包括：

16、在滚动时域内，先以所述光斑质心偏差、非均匀因子和局部峰值照度为光学层目标，求解聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量；

17、再以所述热斑风险值和电流失配指数为电学层约束，结合所述姿态修正量和反射光斑偏移量求解组件输出参数调节量；

18、其中，所述组件输出参数调节量按照旁路开关控制指令、功率峰值跟踪参考值、直流变换器占空比的优先级组合输出，并将所述聚光器姿态修正量、反射光斑偏移量和组件输出参数调节量供后续执行反馈使用；

19、进一步的，针对反射镜面形变参数建立镜面形变影响矩阵，所述镜面形变影响矩阵由局部曲率变化量与光斑质心偏差、非均匀因子之间的对应关系标定得到，并作为步骤s4中聚光器姿态修正量的约束先验，以限制所述聚光器姿态修正量的单周期变化幅度。

20、可选的，s5包括：

21、根据所述聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量驱动执行机构调整聚光器姿态和反射镜位置，并根据所述组件输出参数调节量调整功率峰值跟踪参考值、旁路开关控制指令或直流变换器占空比；

22、其中，所述热斑风险阈值由历史热斑风险样本的分位值确定，所述非均匀阈值由历史非均匀因子样本的分位值确定；

23、当所述热斑风险值超过所述热斑风险阈值或所述非均匀因子超过所述非均匀阈值时，将锁定状态置为有效并冻结当前输出参数，且将更新后的光斑校准图像、红外热像、组件串电流和串电压以及下一控制周期重新采集的太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差和反射镜面形变参数回送至前述数据采集过程和辐照度重建过程，以在下一控制周期重新执行匀光调控；

24、进一步的，所述电学层约束进一步包括组件温升上限和输出变化速率上限；

25、当热斑风险值超过所述热斑风险阈值或非均匀因子超过所述非均匀阈值时，锁定状态优先于滚动更新状态，锁定旁路开关控制指令、功率峰值跟踪参考值和直流变换器占空比的滚动更新，并将恢复计数清零；

26、在锁定状态有效期间，每经过一个控制周期且热斑风险值和非均匀因子均未超过对应阈值时，恢复计数加1，否则恢复计数清零并保持锁定；

27、当恢复计数达到3时，解除锁定并同步恢复旁路开关控制指令、功率峰值跟踪参考值和直流变换器占空比的滚动更新；

28、当锁定状态解除后热斑风险值再次超过所述热斑风险阈值或非均匀因子再次超过所述非均匀阈值时，重新将锁定状态置为有效，将恢复计数清零，并将更新后的光斑校准图像、红外热像、组件串电流和串电压以及下一控制周期重新采集的太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差和反射镜面形变参数回送至前述数据采集过程和辐照度重建过程，重新执行匀光调控。

29、另一方面，本发明还提供一种聚光光伏匀光调控系统，包括：

30、数据采集模块，用于获取太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数、光斑校准图像、红外热像以及组件串电流和串电压；辐照度重建模块，用于根据太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差、反射镜面形变参数和标称光路建立初始光线追迹模型，并结合所述光斑校准图像和红外热像对所述初始光线追迹模型进行残差自校正，重建电池片表面的实际辐照度矩阵；特征计算模块，用于根据所述实际辐照度矩阵提取光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数；联动优化模块，用于基于所述光斑质心偏差、非均匀因子、局部峰值照度、热斑风险值和电流失配指数，在滚动时域内执行分层约束模型预测控制，先求解聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量，再求解组件输出参数调节量；执行反馈模块，用于根据所述聚光器姿态修正量和反射光斑偏移量调整聚光器姿态和反射镜位置，并根据所述组件输出参数调节量调整功率峰值跟踪参考值、旁路开关控制指令或直流变换器占空比，且在所述热斑风险值超过所述热斑风险阈值或所述非均匀因子超过所述非均匀阈值时，将更新后的光斑校准图像、红外热像、组件串电流和串电压以及下一控制周期重新采集的太阳高度角、太阳方位角、组件安装偏差和反射镜面形变参数回送至所述数据采集模块和辐照度重建模块。

31、本发明的有益效果是：

32、1、本发明能够将太阳位置、安装偏差和镜面形变统一映射到实际辐照度矩阵，减少理想模型与真实光场之间的偏差。

33、2、通过光学层与电学层分层联动，可同步抑制局部高照度、电流失配和功率波动，提高聚光光伏组件的运行稳定性。

34、3、通过残差自校正和阈值触发再优化，可增强系统对长期漂移和工况变化的适应能力，并降低热点累积带来的老化风险。