时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法

1.本发明涉及光伏发电技术领域，具体为一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。

背景技术：

2.为了应对全球变暖的挑战，风能、太阳能、水能、生物质能和地热能等可再生资源已被视为替代其前身煤炭、原油、天然气和核能的替代资源；与其他能源相比，太阳能被认为是最普遍、最容易掌握的可再生能源。
3.光伏系统已广泛应用于世界各地，特别是在发展中国家，用于将太阳能转换为电能。然而，由于天气和环境因素的多变，光伏系统的输出功率会受到邻近建筑物、云层或树木引起的辐照度变化的显着影响，导致光伏系统的输出功率与理想日照下的存在较大差别。
4.在部分阴影条件下，一些光伏电池由于阴影而产生的输出水平降低，导致整个光伏系统不匹配。此外，当光伏系统处于快速变化的局部阴影条件下时，光伏特性会出现多个峰值。因此，有效利用光伏系统面临的重大挑战之一是从p-v特性跟踪全局峰值以获得全局最大输出功率。
5.由于局部阴影条件的时变特性，如何从包括局部峰值在内的多个峰值中快速准确地到全局峰值成为一个具有挑战性的问题。现有传统的全局峰值跟踪方法由于无法区分局部和全局峰值，在部分阴影条件下可能会陷入局部峰值从而导致能量损失。

技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，解决了上述背景技术中提出的由于局部阴影条件的时变特性，现有传统的全局峰值跟踪方法由于无法区分局部和全局峰值，在部分阴影条件下可能会陷入局部峰值从而导致能量损失的问题。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，包括：
10.输入p-v特性曲线；
11.量子建模；
12.格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；
13.格林函数蒙特卡洛模拟；
14.全局峰值跟踪结果输出。
15.优选地，所述量子建模，包括：
16.将全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型上；
17.在多维随机伊辛模型中到哈密顿量最低能量状态的基态；
18.在量子退火中，退火过程将横向场项从一个较大的值变为0；
19.在量子退火中，局部阴影条件下光伏系统中全局峰值跟踪问题的总哈密顿量是时间相关的，可以写为：
20.h
gpt
＝h
mrim
+h
tf
(t)
21.其中，h
mrim
是多维随机伊辛模型的势能，h
tf
(t)是由时间相关横向场γ(t)引入的虚构动能；
22.多维随机伊辛模型由一系列自旋组成，每个自旋只能设置为两种基本状态之一，两个二进制变量0和1都可以分别由两个自旋变量
±
1表示，那么每一个可行构型都可以用对应的状态来表示，它是z表示中所有等幅状态的线性组合，亦即哈密顿量的最低本征态：
[0023][0024]
其中，表示泡利矩阵，即晶格位点i处的自旋算子的分量，j
ij
是晶格位点i和j之间的随机最近邻伊辛耦合，所有的峰值与多维随机伊辛模型中k自旋的相关量子态相匹配：
[0025][0026]
随着时间相关横向场γ(t)的减小，状态向量|ψ(t)》从高度约束的多维随机伊辛模型的预期起始状态过渡到非平凡的基态。
[0027]
优选地，所述格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计，包括：
[0028]
将多维随机伊辛模型的每个状态用如下随时间演变的状态向量来表示：
[0029][0030]
其中t是时间排序算子，|ψ0》是初始状态；
[0031]
在格林函数中，将矩阵元素写为：
[0032]
g(y,x；t)＝《y|1-δt[h(t)-e
t
]|x》
[0033]
其中x,y表示基态，e
t
是参考能量；
[0034]
从而，状态向量可表示为：
[0035]
|ψ(t)》＝limg0(t
n-1
)g0(t
n-2
)
···
g0(t1)g0(t0)|ψ0》
[0036]
其中，g0(t)＝1-δt
·
h(t)且tn＝nδt,δt＝t/n，其递归形式为：
[0037]
得到以下波函数：
[0038][0039]
其中，为归一化概率，w(x；t)为权重。
[0040]
优选地，所述格林函数蒙特卡洛模拟，包括：
[0041]
随机准备一个初始波函数ψ0(x0)；
[0042]
生成一个随机游走者sw，并以概率从一个位置x0移动到新位置x1，根据所
设置的位置更新这个随机游走者sw的权重；
[0043]
重复具有随机变量的过程，直到t＝t
n-1
；
[0044]
随机游走者确定基态波函数输出。
[0045]
本发明还提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪系统，所述系统包括：
[0046]
输入模块：用于输入p-v特性曲线；
[0047]
建模模块：用于量子建模；
[0048]
游走者设计模块：用于格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；
[0049]
模拟模块：用于格林函数蒙特卡洛模拟；
[0050]
结果输出模块：用于全局峰值跟踪结果输出。
[0051]
本发明还提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪终端，包括：输入设备、输出设备、存储器、处理器；所述输入设备、所述输出设备、所述存储器和所述处理器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所护处理器被配置调用所述程序指令，执行如前任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。
[0052]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器所执行时执行如前任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。
[0053]
(三)有益效果
[0054]
本发明提供了一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。具备以下有益效果：
[0055]
本发明提供的一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法的基于量子退火的全局峰值跟踪方法，将部分阴影条件下的全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型，用量子涨落和量子隧穿代替传统全局峰值跟踪中两个相邻解决方案之间的随机转换，以提高部分阴影条件下光伏系统的全局最大功率点跟踪效率，本发明特别适用于部分阴影条件下的光伏系统，可以提升全局最大功率点的跟踪速度。
附图说明
[0056]
图1为本发明提供的一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法流程图；
[0057]
图2为本发明提供的一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪系统结构图；
[0058]
图3为本发明提供的一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪终端结构图；
[0059]
图4为本发明需要输入的p-v特性曲线。
具体实施方式
[0060]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0061]
如图1所示，本发明实施例提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，包括：
[0062]
输入p-v特性曲线；首先输入图4所示p-v特性曲线；
[0063]
量子建模；
[0064]
格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；
[0065]
格林函数蒙特卡洛模拟；
[0066]
全局峰值跟踪结果输出，光伏系统依据全局峰值跟踪结果作为全局最大功率点跟踪。
[0067]
优选地，所述量子建模，包括：
[0068]
将全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型上；
[0069]
伊辛模型(ising model)是一类描述物质相变的随机过程(stochasticprocess)模型。物质经过相变，要出现新的结构和物性。发生相变的系统一般是在分子之间有较强相互作用的系统，又称合作系统。
[0070]
伊辛模型所研究的系统由多维周期性点阵组成，点阵的几何结构可以是立方的或六角形的，每个阵点上都赋予一个取值表示自旋变数，即自旋向上或自旋向下。伊辛模型假设只有最近邻的自旋之间有相互作用，点阵的位形用一组自旋变数来确定。常见的二维伊辛模型示意图使用箭头方向表示自旋方向。
[0071]
在多维随机伊辛模型中到哈密顿量最低能量状态的基态；
[0072]
在量子退火中，退火过程将横向场项从一个较大的值变为0；
[0073]
在量子退火中，局部阴影条件下光伏系统中全局峰值跟踪问题的总哈密顿量是时间相关的，可以写为：
[0074]hgpt
＝h
mrim
+h
tf
(t)
[0075]
其中，h
mrim
是多维随机伊辛模型的势能，h
tf
(t)是由时间相关横向场γ(t)引入的虚构动能；
[0076]
多维随机伊辛模型由一系列自旋组成，每个自旋只能设置为两种基本状态之一，两个二进制变量0和1都可以分别由两个自旋变量
±
1表示，那么每一个可行构型都可以用对应的状态来表示，它是z表示中所有等幅状态的线性组合，亦即哈密顿量的最低本征态：
[0077][0078]
其中，表示泡利矩阵，即晶格位点i处的自旋算子的分量，j
ij
是晶格位点i和j之间的随机最近邻伊辛耦合，所有的峰值与多维随机伊辛模型中k自旋的相关量子态相匹配：
[0079][0080]
随着时间相关横向场γ(t)的减小，状态向量|ψ(t)》从高度约束的多维随机伊辛模型的预期起始状态过渡到非平凡的基态。
[0081]
由上述技术方案可知，本发明的基于量子退火的全局峰值跟踪方法，将部分阴影条件下的全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型，用量子涨落和量子隧穿代替传统全
局峰值跟踪中两个相邻解决方案之间的随机转换，以提高部分阴影条件下光伏系统的全局最大功率点跟踪效率，本发明特别适用于部分阴影条件下的光伏系统，可以提升全局最大功率点的跟踪速度。
[0082]
优选地，所述格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计，包括：
[0083]
将多维随机伊辛模型的每个状态用如下随时间演变的状态向量来表示：
[0084][0085]
其中t是时间排序算子，|ψ0》是初始状态；
[0086]
在格林函数中，将矩阵元素写为：
[0087]
g(y,x；t)＝《y|1-δt[h(t)-e
t
]|x》
[0088]
其中x,y表示基态，e
t
是参考能量；
[0089]
从而，状态向量可表示为：
[0090]
|ψ(t)》＝limg0(t
n-1
)g0(t
n-2
)
···
g0(t1)g0(t0)|ψ0》
[0091]
其中，g0(t)＝1-δt
·
h(t)且tn＝nδt,δt＝t/n，其递归形式为：
[0092]
得到以下波函数：
[0093][0094]
其中，为归一化概率，w(x；t)为权重。
[0095]
优选地，所述格林函数蒙特卡洛模拟，包括：
[0096]
随机准备一个初始波函数ψ0(x0)；
[0097]
生成一个随机游走者sw，并以概率从一个位置x0移动到新位置x1，根据所设置的位置更新这个随机游走者sw的权重；
[0098]
重复具有随机变量的过程，直到t＝t
n-1
；
[0099]
随机游走者确定基态波函数输出。
[0100]
如图2所示，本发明实施例还提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪系统，所述系统包括：
[0101]
输入模块：用于输入p-v特性曲线；
[0102]
建模模块：用于量子建模；
[0103]
游走者设计模块：用于格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；
[0104]
模拟模块：用于格林函数蒙特卡洛模拟；
[0105]
结果输出模块：用于全局峰值跟踪结果输出。
[0106]
如图3所示，本发明实施例还提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪终端，包括：输入设备、输出设备、存储器、处理器；所述输入设备、所述输出设备、所述存储器和所述处理器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所护处理器被配置调用所述程序指令，执行如前任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。
[0107]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器所执行时执行如前
任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。
[0108]
本发明实施例公开一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，将局部阴影条件下的全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型，基于固定节点近似解决蒙特卡洛模拟过程中的负号问题。最后，基于量子经典映射和投影纠缠对状态，利用格林函数蒙特卡洛模拟技术实现了量子退火的实际操作。所提方法尤其适合时变局部阴影条件下光伏系统的全局最大功率点跟踪。
[0109]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，其特征在于，包括：输入p-v特性曲线；量子建模；格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；格林函数蒙特卡洛模拟；全局峰值跟踪结果输出。2.根据权利要求1所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，其特征在于，所述量子建模，包括：将全局峰值跟踪问题映射到多维随机伊辛模型上；在多维随机伊辛模型中到哈密顿量最低能量状态的基态；在量子退火中，退火过程将横向场项从一个较大的值变为0；在量子退火中，局部阴影条件下光伏系统中全局峰值跟踪问题的总哈密顿量是时间相关的，可以写为：h
gpt
＝h
mrim
+h
tf
(t)其中，h
mrim
是多维随机伊辛模型的势能，h
tf
(t)是由时间相关横向场γ(t)引入的虚构动能；多维随机伊辛模型由一系列自旋组成，每个自旋只能设置为两种基本状态之一，两个二进制变量0和1都可以分别由两个自旋变量
±
1表示，每一个可行构型都可以用对应的状态来表示，它是z表示中所有等幅状态的线性组合，亦即哈密顿量的最低本征态：其中，表示泡利矩阵，即晶格位点i处的自旋算子的分量，j
ij
是晶格位点i和j之间的随机最近邻伊辛耦合，所有的峰值都可以与多维随机伊辛模型中k自旋的相关量子态相匹配：随着时间相关横向场γ(t)的减小，状态向量|ψ(t)>从高度约束的多维随机伊辛模型的预期起始状态过渡到非平凡的基态。3.根据权利要求2所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，其特征在于，所述格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计，包括：将多维随机伊辛模型的每个状态用如下随时间演变的状态向量来表示：其中t是时间排序算子，|ψ0>是初始状态；在格林函数中，将矩阵元素写为：g(y,x；t)＝<y|1-δt[h(t)-e
t
]|x>其中x,y表示基态，e
t
是参考能量；从而，状态向量可表示为：|ψ(t)>＝limg0(t
n-1
)g0(t
n-2
)
…
g0(t1)g0(t0)|ψ0>
其中，g0(t)＝1-δt
·
h(t)且t
n
＝nδt,δt＝t/n，其递归形式为：得到以下波函数：其中，为归一化概率，w(x；t)为权重。4.根据权利要求3所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，其特征在于，所述格林函数蒙特卡洛模拟，包括：随机准备一个初始波函数ψ0(x0)；生成一个随机游走者s
w
，并以概率从一个位置x0移动到新位置x1，根据所设置的位置更新这个随机游走者s
w
的权重；重复具有随机变量的过程，直到t＝t
n-1
；随机游走者确定基态波函数输出。5.一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪系统，其特征在于，所述系统包括：输入模块：用于输入p-v特性曲线；建模模块：用于量子建模；游走者设计模块：用于格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；模拟模块：用于格林函数蒙特卡洛模拟；结果输出模块：用于全局峰值跟踪结果输出。6.一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪终端，其特征在于，包括：输入设备、输出设备、存储器、处理器；所述输入设备、所述输出设备、所述存储器和所述处理器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所护处理器被配置调用所述程序指令，执行如权利要求1-4中任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器所执行时执行如权利要求1-4中任一所述的时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法。

技术总结

本发明提供一种时变局部阴影条件下光伏系统的快速全局峰值跟踪方法，包括：输入P-V特性曲线；量子建模；格林函数蒙特卡洛加权随机游走者设计；格林函数蒙特卡洛模拟；全局峰值跟踪结果输出,解决了现有技术中由于局部阴影条件的时变特性，现有传统的全局峰值跟踪方法由于无法区分局部和全局峰值，在部分阴影条件下可能会陷入局部峰值从而导致能量损失的问题。题。题。