一种聚光光伏热均衡控制方法及系统与流程

本发明涉及太阳能光伏热管理控制，尤其涉及一种聚光光伏热均衡控制方法及系统。

背景技术：

1、聚光光伏组件在较高光通量条件下具有较强的发电潜力，现有热管理方案通常结合散热结构、冷却装置或局部测温策略进行温度调节，以降低组件在运行过程中的热负荷。

2、但是，现有技术在强辐照、弱风冷或局部遮挡场景下，往往难以同步考虑温度分布、输出电流和聚光强度之间的耦合关系，容易导致局部热点积聚、电流失配加剧以及旁路二极管频繁动作，从而引发封装胶膜热疲劳和寿命衰减。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的聚光光伏热均衡控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种聚光光伏热均衡控制方法及系统，针对现有技术中聚光光伏组件在强辐照、弱风冷或局部遮挡条件下易出现温差失衡、输出电流失配和旁路动作频繁的问题，提出了基于热单元划分、光电热耦合特征集构建、数字孪生趋势预测以及模型预测控制协同输出局部聚光衰减系数、分区冷却量和电流重构指令或旁路指令的技术方案，本发明具备降低温差峰值、抑制旁路二极管频繁动作并减缓封装热疲劳的技术效果。

2、本发明提供了一种聚光光伏热均衡控制方法，包括：s1、将聚光光伏组件按电连接和热耦合关系划分为多个热单元，采集各热单元的温度分布数据、组件输出电流和聚光强度；s2、根据温度分布数据、组件输出电流和聚光强度构建光电热耦合特征集，并基于光电热耦合特征集计算热失衡指数；s3、将光电热耦合特征集和热失衡指数输入数字孪生模型，预测下一控制窗口内的温度演化趋势和电流失配趋势；s4、将温度演化趋势、电流失配趋势和热失衡指数输入模型预测控制器，在约束条件下生成局部聚光衰减系数、分区冷却量和电流重构指令或旁路指令；s5、根据局部聚光衰减系数调节对应热单元的聚光强度，执行分区冷却量和电流重构指令或旁路指令，并将执行后的温度分布和输出电流反馈至数字孪生模型和模型预测控制器，作为下一控制窗口的更新输入。

3、可选的，s1包括：

4、在每个热单元内布置至少三个温度采集点，并按照预设空间顺序将各温度采集点的温度值排列形成温度分布矩阵；

5、通过电流采样模块采集组件输出电流；

6、通过对应热单元的聚光强度传感模块采集聚光强度，作为所述光电热耦合状态向量的输入数据。

7、可选的，s2包括：

8、将所述温度分布矩阵展开为温度分布向量，并与组件输出电流和聚光强度拼接形成光电热耦合特征集；

9、对所述温度分布向量、组件输出电流和聚光强度分别进行归一化处理，计算温差分量、电流失配分量和聚光不均匀分量，并按照预设权重融合得到热失衡指数；

10、其中，所述预设权重根据历史控制窗口内的温差峰值样本、电流失配样本和聚光强度偏差样本的统计分布确定，所述热失衡指数用于对热单元进行优先级排序；

11、进一步的，所述预设权重由如下方式确定：将历史控制窗口内的温差峰值样本、电流失配样本和聚光强度偏差样本分别转换为分位数序列，按对应分位数生成初始权重向量，再对所述初始权重向量归一化后得到所述预设权重，以使所述热失衡指数对不同热单元的温度波动、电流失配和光照不均匀保持统一量纲。

12、可选的，s3包括：

13、采用耦合热传导子模型、电流失配子模型和聚光衰减子模型构成数字孪生模型，并将最近一个控制窗口内的实测温度分布和实测输出电流输入所述数字孪生模型进行在线校正，输出下一控制窗口的温度演化趋势和电流失配趋势；

14、进一步的，所述在线校正包括将最近一个控制窗口内的实测温度分布和实测输出电流输入递推最小二乘校正器，更新所述耦合热传导子模型、电流失配子模型和聚光衰减子模型的状态参数，使下一控制窗口的温度演化趋势和电流失配趋势滚动修正。

15、可选的，s4包括：

16、构建包括温度方差代价项、电流失配代价项和控制量变化率代价项的约束优化函数，所述约束条件至少包括单热单元最高温度上限、分区冷却量上限和电流重构切换次数上限；

17、模型预测控制器基于所述优化函数和约束条件，并按照所述热失衡指数对应的优先级排序，生成局部聚光衰减系数、分区冷却量和电流重构指令或旁路指令；

18、进一步的，所述模型预测控制器设置第一阈值、第二阈值和持续计数器，所述第一阈值和第二阈值分别根据历史热失衡指数分布的上分位数和下分位数确定，且所述第一阈值大于所述第二阈值；

19、所述持续计数器用于记录热失衡指数超过所述第一阈值或者不超过所述第二阈值的连续控制窗口数量；

20、当任一热单元的热失衡指数在预设持续次数内超过所述第一阈值时，先执行局部聚光衰减和分区冷却控制量；

21、当所述热失衡指数在预设持续次数内仍超过所述第二阈值时，再触发电流重构指令或旁路指令；

22、当所述热失衡指数在预设持续次数内不超过所述第二阈值时，恢复常规聚光状态。

23、可选的，s5包括：

24、按照先根据所述局部聚光衰减系数调节对应热单元的聚光强度、后执行分区冷却、再执行电流重构指令或旁路指令的顺序执行控制量，并将执行后的温度分布和输出电流与所述数字孪生模型的预测结果进行对比，以修正下一控制窗口的控制参数。

25、另一方面，本发明还提供一种聚光光伏热均衡控制系统，包括：

26、数据采集模块，用于将聚光光伏组件按电连接和热耦合关系划分为多个热单元，并采集各热单元的温度分布数据、组件输出电流和聚光强度；状态构建模块，用于根据所述温度分布数据、组件输出电流和聚光强度构建光电热耦合特征集并计算热失衡指数；趋势预测模块，用于将所述光电热耦合特征集和热失衡指数输入数字孪生模型，预测下一控制窗口内的温度演化趋势和电流失配趋势；控制决策模块，用于将所述温度演化趋势、电流失配趋势和热失衡指数输入模型预测控制器，在约束条件下生成局部聚光衰减系数、分区冷却量和电流重构指令或旁路指令；执行反馈模块，用于按照所述局部聚光衰减系数调节对应热单元的聚光强度，并执行所述分区冷却量和电流重构指令或旁路指令，且将执行后的温度分布和输出电流反馈至所述数字孪生模型和模型预测控制器。

27、本发明的有益效果是：

28、1、通过热单元划分和光电热耦合特征集构建，能够将温度分布、输出电流和聚光强度纳入同一控制链路，提高对局部热点和失配状态的识别针对性。

29、2、通过数字孪生模型对温度演化趋势和电流失配趋势进行预测，并结合模型预测控制器输出分区控制量，能够在控制前窗口提前调整风险单元，降低温差峰值和输出波动。

30、3、通过双阈值、持续计数器和滞回恢复机制，能够减少旁路二极管频繁动作和不必要的电流切换，提升温度均匀性和器件寿命。

1.一种聚光光伏热均衡控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s5包括：

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设权重由如下方式确定：将历史控制窗口内的温差峰值样本、电流失配样本和聚光强度偏差样本分别转换为分位数序列，按对应分位数生成初始权重向量，再对所述初始权重向量归一化后得到所述预设权重，以使所述热失衡指数对不同热单元的温度波动、电流失配和光照不均匀保持统一量纲。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在线校正包括将最近一个控制窗口内的实测温度分布和实测输出电流输入递推最小二乘校正器，更新所述耦合热传导子模型、电流失配子模型和聚光衰减子模型的状态参数，使下一控制窗口的温度演化趋势和电流失配趋势滚动修正。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模型预测控制器设置第一阈值、第二阈值和持续计数器，所述第一阈值和第二阈值分别根据历史热失衡指数分布的上分位数和下分位数确定，且所述第一阈值大于所述第二阈值；

10.一种聚光光伏热均衡控制系统，用于执行权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，包括：