一种应用于孤立海岛的光伏微电网的光伏逆变器的制作方法

本发明涉及能源管理，尤其涉及一种应用于孤立海岛的光伏微电网的光伏逆变器。

背景技术：

1、能源管理技术领域专注于优化能源使用效率，确保能源供应的可靠性与经济性。在光伏微电网系统中，能源管理涉及对多种能源(如太阳能、风能)的集成与协调，以及能源存储系统的有效运用。技术目标包括减少能源浪费、提升系统响应速度，并通过智能调度和实时监控实现对能源流的最优控制。

2、其中，应用于孤立海岛的光伏微电网的光伏逆变器用于孤立海岛上的光伏微电网系统。能够将太阳能电池板生成的直流电转换为适用于电网和家庭电器的交流电。在孤立的海岛环境中，还能减少对外界能源的依赖。光伏微电网不仅能够满足岛上基本的日常用电需要，还可以在紧急情况下作为备用电源。

3、尽管现有的光伏微电网系统提供了电力转换功能，但在高度变化的环境条件下，容易表现出调整速度慢和响应不足的问题。特别在孤立海岛的封闭环境中，电网的独立性要求设备能够即时反应各种外部变化，包括天气变化和负载波动。而传统系统则难以有效预见和准备对突发天气变化的应对，导致在关键时刻无法满足能源需求。此外，现有技术在电网负载突然增加时系统难以即时提供足够的电力。例如电网在需求高峰时无法调高输出，或在低需求时无法减少能源浪费，限制了电网运行效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种应用于孤立海岛的光伏微电网的光伏逆变器。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种应用于孤立海岛的光伏微电网的光伏逆变器，所述光伏逆变器包括，

3、能源状态分类模块基于光伏电网电量和天气数据，提取温度和光照强度多项参数，进行数据分类，生成状态分类索引；

4、能源转换预测模块采用所述状态分类索引，分析每个状态间转换频率，整合未来天气预测数据，通过概率计算预测能源状态变化，得到能源转换预测结果；

5、功率调节模块通过所述能源转换预测结果，逐项调整逆变器的输出参数，同步调整功率等级和频率匹配预测状态，生成调节参数设置；

6、最优路径分析模块采用所述调节参数设置，比较交流与直流传输的能效，根据网络当前负载选定传输方式和路径，得到路径选择结果；

7、输出调整控制模块基于所述路径选择结果，调整逆变器的输出设置，更新功率输出和频率，优化能源分配，生成输出控制配置；

8、能量调配模块通过所述输出控制配置，重新配置充电和放电时序平衡负载需求，优化能量使用效率，生成能量分配计划。

9、本发明改进有，所述状态分类索引包括对数据分段的标准阈值、每种级别状态对应的能源产出范围，以及环境参数影响因子的分类权重，所述能源转换预测结果包括每种状态的概率分布、预期状态转换时间点以及状态持续周期，所述调节参数设置包括逆变器的最大和最小功率输出限制、频率调节范围，以及预设的功率调整步进值，所述输出控制配置包括调整的功率输出曲线、设定频率的调整，以及逆变器响应时间设定，所述能量分配计划包括充电和放电的优先级排序、调整后的时间表，以及每个时间段的目标能源存储量。

10、本发明改进有，所述能源状态分类模块包括：

11、环境监测子模块根据孤立海岛气候条件，收集光伏电网电量和天气数据，包括岛屿的温度和光照强度，进行数据的实时监测，得到海岛环境数据集；

12、产出分层分析子模块利用所述海岛环境数据集，根据光照和温度数据将能源产出分为优、良、差三个层级，生成分层能源数据；

13、索引构建子模块从所述分层能源数据整合信息，将整合光照强度、温度波动多项关键因素，按照能源产出层级进行编码，生成状态分类索引。

14、本发明改进有，所述能源转换预测模块包括：

15、状态趋势分析子模块依据所述状态分类索引，通过隐马尔可夫模型分析孤立海岛环境下能源状态的转换趋势，评估季节性和气候变化对状态转换的影响，得到能源状态动态分析结果；

16、气候影响整合子模块结合所述能源状态动态分析结果，整合未来的气候条件数据，生成气候预测模型；

17、转换概率评估子模块通过所述气候预测模型，再次通过隐马尔可夫模型分析给定环境条件下能源状态的转换概率，得到能源转换预测结果。

18、本发明改进有，所述隐马尔可夫模型按照公式：

19、

20、其中，πk表示在初始观察期状态为k的概率，nk为初始观测期状态为k的出现次数，α′为光照强度对状态影响的权重系数，sk为状态k对应的光照强度调整因子，n为总的观测次数，∑s全部状态的光照强度调整因子之和；

21、和

22、

23、分析孤立海岛环境下能源状态的转换趋势；

24、其中，ajk为状态转换概率矩阵，表示从状态j转移到状态k的概率，v为时间索引，w为总观测时间段的终止点，xvj为在时间v状态为j的指示函数，x(v+1)k为在时间v+1状态为k的指示函数，β′为温度影响的权重系数，pvj为在时间v状态j的温度影响因子，γ′为温度影响的权重系数，p(v+1)k为在时间v+1状态k的温度影响因子，δ′用于调整温度影响在状态转换概率计算中的权重。

25、本发明改进有，所述功率调节模块包括：

26、能源需求匹配子模块基于所述能源转换预测结果，分析孤立海岛当前能源需求，调整逆变器的功率输出，生成功率匹配参数；

27、频率对应子模块采用所述功率匹配参数，调整逆变器频率匹配更新的功率设置，得到频率适配设置；

28、输出调整子模块利用所述频率适配设置，优化逆变器的整体输出配置，包括输出功率调节和能量分配，生成调节参数设置。

29、本发明改进有，所述最优路径分析模块包括：

30、传输效率分析子模块基于所述调节参数设置，对孤立海岛的光伏电网中的交流和直流传输方式进行能效对比，分析各自的能源损耗和传输效率，生成光伏电网传输效率数据；

31、网络负载评估子模块利用所述光伏电网传输效率数据，分析当前电网负载情况和负载波动特征，比较多种传输方式的表现，生成负载状况分析结果；

32、能源传输优化子模块根据所述负载状况分析结果，通过路径选择算法，选定匹配孤立海岛电网需求的能源传输路径，包括比较每个路径的能效和稳定性，生成路径选择结果。

33、本发明改进有，所述路径选择算法按照公式：

34、ipath＝ω1·ηpath+ω2·δppath+ω3·wf+ω4·fr+ω5·sf+ω6·rv

35、计算最佳路径选择指标ipath；

36、其中，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5和ω6为权重系数，分别用于平衡能效、功率稳定性、天气影响、设备故障率、季节变化因子、可再生能源输出波动性的影响，ηpath为路径的能效，δppath为该路径的功率稳定性，wf为天气影响因子，fr为设备故障率，sf为季节变化因子，rv为可再生能源输出波动性。

37、本发明改进有，所述输出调整控制模块包括：

38、功率调整子模块基于所述路径选择结果，重新配置逆变器的功率输出参数，包括改变功率等级匹配岛屿电网的需求，生成更新后的功率配置。

39、频率校准子模块利用所述更新后的功率配置，迭代调整逆变器的频率，包括校准输出频率匹配更新后的功率参数，得到频率同步配置。

40、分配优化子模块通过所述频率同步配置，参照当前能源输出与需求情况，调整和优化逆变器的能源分配，生成输出控制配置。

41、本发明改进有，所述能量调配模块包括：

42、时序优化子模块基于所述输出控制配置，重新排列充电和放电的时间表，生成优化的充放电时间表。

43、能量平衡子模块使用所述优化的充放电时间表，分析电网负载情况，根据能源供应情况调整充放电优先级，生成负载管理计划。

44、设备效率优化子模块通过所述负载管理计划，优化储能设备的运行和调度方式，生成能量分配计划。

45、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

46、本发明中，通过隐马尔可夫模型预测孤立海岛光伏微电网中的能源状态，提升了能源管理的精确性。模型根据历史与实时天气数据分析能源产出，能够在天气变化导致能源产出波动时，提前调整储能系统和逆变器输出。允许系统在能源供应高峰期积极储能，在预测到低产出时节约使用，从而平衡能源供需，并最大化能源效率。此外，交直流互补动态调节系统通过实时监测数据驱动，自动选择能源转换路径，同时也可以快速调整输出参数，如功率和频率，确保电力供应的连续性和系统的稳定运行，提高了系统对快速变化环境的适应能力。