基于智能控制的便携光伏储能充电方法及系统与流程

本发明涉及光伏储能充电，尤其涉及基于智能控制的便携光伏储能充电方法及系统。

背景技术：

1、便携光伏储能充电系统通常由光伏组件、储能电池和充放电控制电路构成，控制电路采用最大功率点跟踪策略维持光伏输出效率，并以蓄电池端电压或荷电状态作为切换依据。常规运行逻辑中，光伏输出功率优先供给负载，剩余功率对储能电池充电，光伏不足时由储能电池放电补充。负载在这一过程中被视为恒定的功率消耗端，控制器只根据当前电量差额决定功率流向，不关注负载接入瞬间的动态行为。

2、这种控制方式在便携场景下面临突出缺陷。负载类型涵盖电机、照明、通讯设备等，启动瞬间会出现数倍于额定功率的冲击电流，稳态运行阶段也会产生周期性波动。固定阈值和简单优先级策略无法提前辨识这些特征，只能依靠储能电池瞬时大电流输出来被动应对，容易造成输出电压跌落、系统振荡和过流保护误动作。储能容量在时间维度上的分配缺乏远见，控制器仅依据当前供需关系决定充放电功率，没有结合未来光照变化和负载需求进行统筹安排，导致光伏充裕时段储能电池过早充满而浪费可发电量，光伏不足时段储能容量又不足以支撑关键负载运行。

3、为缓解上述问题，现有方法通常选择增大储能电池额定容量或提升硬件瞬态响应速度，这直接增加便携设备的体积与成本，且无法从控制逻辑上解决多时段能量调度与负载动态适应之间的矛盾。便携光伏储能系统在复杂用电条件下仍面临供电可靠性低和能量利用率不高并存的困境。

技术实现思路

1、本发明实施例提供基于智能控制的便携光伏储能充电方法及系统，能够解决现有技术中的问题。

2、本发明实施例的第一方面，提供基于智能控制的便携光伏储能充电方法，包括：

3、采集接入便携光伏系统的用电负载在启动阶段和稳态运行阶段的电压瞬态响应和电流瞬态响应，得到负载动态特征数据；

4、提取所述负载动态特征数据中的瞬态冲击幅度和稳态波动周期，将所述瞬态冲击幅度和所述稳态波动周期映射为负载响应等级和能量供给优先级；

5、基于光伏组件的实时输出参数和时序光照数据，预测目标时间段内的可用发电功率，得到供能预测结果；

6、根据所述负载响应等级，在所述供能预测结果对应的各时间段中，为不同负载响应等级分配储能装置的预留放电容量，并将分配预留放电容量后的储能容量作为可调度储能容量；

7、基于所述能量供给优先级、可调度储能容量和供能预测结果，构建多时间段储能功率分配约束模型，生成充电时序策略和放电时序策略，控制光伏组件输出功率在储能充电通路与负载直供通路之间的动态分配，并在所述瞬态冲击幅度超出预设响应阈值时触发储能装置按所述负载响应等级释放预留放电容量。

8、提取所述负载动态特征数据中的瞬态冲击幅度和稳态波动周期，将所述瞬态冲击幅度和所述稳态波动周期映射为负载响应等级和能量供给优先级包括：

9、对所述负载动态特征数据进行时频域分解，在时域维度上提取启动阶段电压瞬态响应和电流瞬态响应的峰值与稳态基准值之间的差值，将所述差值确定为瞬态冲击幅度，在频域维度上提取稳态运行阶段电压瞬态响应和电流瞬态响应的主频分量对应的周期值，将所述周期值确定为稳态波动周期；

10、对所述瞬态冲击幅度按照幅度阈值进行分段划分，将所述瞬态冲击幅度所处的幅度分段区间对应的分段标识作为冲击等级标识；

11、计算所述稳态波动周期与预设基准周期之间的偏离度，将所述偏离度与所述冲击等级标识进行加权求和运算，得到综合响应指数；

12、根据所述综合响应指数在预设映射表中查找对应的所述负载响应等级；

13、将所述稳态波动周期的倒数与所述瞬态冲击幅度进行归一化处理后相乘，得到能量波动强度值，根据所述能量波动强度值在预设优先级表中查找对应的所述能量供给优先级。

14、基于光伏组件的实时输出参数和时序光照数据，预测目标时间段内的可用发电功率，得到供能预测结果包括：

15、采集光伏组件当前时刻的输出电压和输出电流作为所述实时输出参数，并获取包含历史时刻光照强度值的所述时序光照数据；

16、将所述输出电压与输出电流的乘积与时序光照数据中当前时刻的光照强度值的比值作为当前转换效率参数，对比光伏组件初始转换效率参数得到效率劣化偏移量；

17、提取所述时序光照数据中相邻时刻光照强度值的变化幅度，统计所述变化幅度的离散度得到环境波动系数；

18、获取所述目标时间段内各时刻的光照强度值，依次施加所述效率劣化偏移量的衰减补偿和所述环境波动系数的稳定性修正，得到修正功率序列；

19、对所述修正功率序列进行加权聚合得到累计预测发电量，提取所述修正功率序列中最小功率值作为可用发电功率，将所述可用发电功率与所述累计预测发电量组合形成供能预测结果。

20、获取所述目标时间段内各时刻的光照强度值，依次施加所述效率劣化偏移量的衰减补偿和所述环境波动系数的稳定性修正，得到修正功率序列包括：

21、将所述效率劣化偏移量分解为线性衰减分量和突变衰减分量，对各时刻的光照强度值分别施加所述线性衰减分量的渐变补偿和所述突变衰减分量的阶跃补偿，生成衰减补偿后的光照强度序列；

22、计算所述衰减补偿后的光照强度序列中连续时间窗口内光照强度值的梯度变化率，当所述梯度变化率超出所述环境波动系数限定的稳定区间时，引入前序时刻光照强度值的加权历史信息进行平滑抑制，生成稳定性修正后的光照强度序列；

23、提取所述稳定性修正后的光照强度序列中各时刻的光照强度值，将各时刻的光照强度值与所述当前转换效率参数相乘得到各时刻的理论输出功率值，对所述理论输出功率值序列进行时序平滑滤波处理，得到修正功率序列。

24、根据所述负载响应等级，在所述供能预测结果对应的各时间段中，为不同负载响应等级分配储能装置的预留放电容量，并将分配预留放电容量后的储能容量作为可调度储能容量包括：

25、提取各负载响应等级的历史预留放电容量和历史实际消耗放电量，计算偏差率，将偏差率超出预设冗余判定阈值的负载响应等级标记为容量冗余等级，统计容量冗余等级的释放时刻分布特征；

26、提取供能预测结果对应各时间段的可用发电功率，将可用发电功率小于储能装置额定充电功率的时间段标记为供能不足时间段，计算供能不足时间段与频次最多释放时刻的时间间隔，将时间间隔小于预设时间窗的供能不足时间段标记为可借用时间段；

27、从可借用时间段的前序时间段中提取容量冗余等级的预留放电容量，按负载响应等级的优先级权重重新分配至可借用时间段内各负载响应等级；

28、获取储能装置的当前可用总容量，根据负载响应等级在供能预测结果对应的各时间段中按跨时间段调整后的预留放电容量为不同负载响应等级分配储能装置的预留放电容量，将各时间段的当前可用总容量扣除对应时间段内分配的预留放电容量后的储能容量作为可调度储能容量。

29、基于所述能量供给优先级、可调度储能容量和供能预测结果，构建多时间段储能功率分配约束模型包括：

30、将能量供给优先级转换为优先级权重系数，按优先级权重系数对各时间段的可调度储能容量进行分配，得到各时间段不同负载响应等级的初始分配储能功率；

31、计算供能预测结果中各时间段可用发电功率与负载总需求功率的功率缺口，根据功率缺口正负区分充电时段和放电时段，将功率缺口数值作为充电功率需求或放电功率需求；

32、基于能量供给优先级构建目标函数，提取各负载响应等级在各时间段的实际需求功率与可用发电功率的差值作为供能缺口，将各负载响应等级在各时间段的供能缺口与对应能量供给优先级的乘积进行跨时间段累加，得到最小化加权供能缺口总量的目标函数；

33、基于可调度储能容量构建约束条件，将储能装置荷电状态变化量与充放电功率构建跨时间段能量传递约束条件；

34、将各时间段充放电功率作为决策变量，将初始分配储能功率作为决策变量初始值，将目标函数、充放电功率需求和跨时间段能量传递约束条件组合形成多时间段储能功率分配约束模型。

35、生成充电时序策略和放电时序策略，控制光伏组件输出功率在储能充电通路与负载直供通路之间的动态分配，并在所述瞬态冲击幅度超出预设响应阈值时触发储能装置按所述负载响应等级释放预留放电容量包括：

36、对多时间段储能功率分配约束模型进行求解，提取各时间段充电功率和充电时长按时间顺序排列形成充电时序策略，提取各时间段放电功率和放电时长按时间顺序排列形成放电时序策略；

37、在充电时序策略对应时间段将光伏组件输出功率优先分配至储能充电通路，在放电时序策略对应时间段将光伏组件输出功率优先分配至负载直供通路，在既非充电时序策略也非放电时序策略的时间段按能量供给优先级分配光伏组件输出功率至储能充电通路与负载直供通路，实现光伏组件输出功率在储能充电通路与负载直供通路之间的动态分配；

38、当瞬态冲击幅度超出预设响应阈值时，根据负载响应等级从放电时序策略中查询对应的预留放电容量，触发储能装置按负载响应等级释放预留放电容量至负载直供通路。

39、本发明实施例的第二方面，提供一种基于智能控制的便携光伏储能充电系统，包括：

40、采集单元，用于采集接入便携光伏系统的用电负载在启动阶段和稳态运行阶段的电压瞬态响应和电流瞬态响应，得到负载动态特征数据；

41、特征映射单元，用于提取所述负载动态特征数据中的瞬态冲击幅度和稳态波动周期，将所述瞬态冲击幅度和所述稳态波动周期映射为负载响应等级和能量供给优先级；

42、功率预测单元，用于基于光伏组件的实时输出参数和时序光照数据，预测目标时间段内的可用发电功率，得到供能预测结果；

43、储能分配单元，用于根据所述负载响应等级，在所述供能预测结果对应的各时间段中，为不同负载响应等级分配储能装置的预留放电容量，并将分配预留放电容量后的储能容量作为可调度储能容量；

44、调度控制单元，用于基于所述能量供给优先级、可调度储能容量和供能预测结果，构建多时间段储能功率分配约束模型，生成充电时序策略和放电时序策略，控制光伏组件输出功率在储能充电通路与负载直供通路之间的动态分配，并在所述瞬态冲击幅度超出预设响应阈值时触发储能装置按所述负载响应等级释放预留放电容量。

45、本发明实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

46、处理器；

47、用于存储处理器可执行指令的存储器；

48、其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行前述所述的方法。

49、本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述所述的方法。

50、本发明采集负载在启动与稳态阶段的瞬态响应，能够精准识别冲击幅度与波动周期，进而将复杂用电特性转化为明确的负载响应等级与能量供给优先级。光伏供电系统据此提前感知高瞬态冲击负载的突变需求，在电压跌落发生前预留放电容量，避免因响应滞后导致的供电中断或电压塌陷，显著提升对脉冲型、冲击型负载的适应能力与动态响应速度。基于时序光照数据与实时输出参数预测可用发电功率，使储能调度不再依赖事后反馈，而是依据未来供能趋势预先分配各时间段的预留放电容量。可调度储能容量与负载等级动态匹配，既保证关键负载在光照不足时获得优先能量保障，又避免储能过放或闲置，在提升光伏利用率的同时延长储能装置循环寿命，降低系统运行成本。构建多时间段储能功率分配约束模型，将能量供给优先级、可调度储能容量与供能预测结果统一纳入优化决策，生成兼顾充电、放电与直供通路的时序策略。光伏输出功率在储能充电通路与负载直供通路间动态分配，实现用电低谷期储能、用电高峰期释放的错峰调节，减少光伏弃电率，增强系统对多负载场景的协同控制能力，使整体能量流动始终处于最优工作区间。瞬态冲击幅度超出预设阈值时，储能装置按负载响应等级释放预留放电容量，形成快速功率补偿机制。该机制在负载突加瞬间主动介入，有效抑制母线电压波动，保障稳态运行连续性。多等级差异化释放策略使储能出力与负载需求精确匹配，避免过度放电或容量浪费，兼顾供电质量与经济性，为便携光伏系统在户外、应急等复杂场景下提供稳定可靠的能量保障。