CN104377830B - 基于goose的智能微电网快速控制系统及控制策略分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GOOSE的智能微电网快速控制系统及控制策略分发方法，属于微网控制的技术领域。系统包括控制层、过程层以及独立架设的控制策略服务器。控制策略分发方法为，微网中央控制器将控制策略按照优先级以及复杂度标记后传输给控制策略服务器，控制策略服务器根据各控制器负载、未执行控制策略的优先级以及复杂度分发合适控制策略给相应控制器。本发明实现了分布式微网中各节点控制器负荷的均衡化，同时实现了对各控制器的第三方运行状态监控，提升了分布式监控系统的整体性能，保证了各控制器长期、稳定、可靠的运行。

Description

基于GOOSE的智能微电网快速控制系统及控制策略分发方法

技术领域

本发明公开了基于GOOSE的智能微电网快速控制系统及控制策略分发方法，属于微网控制的技术领域。

背景技术

智能微网是包括分布式电源、负载、储能、及保护监控装置能构成地一个一体化的小微型电网，既可以与大电网并网运行，亦可脱离大电网实现孤岛运行。近年来，随着风电、太阳能等分布式能源技术的推广，接入低压配网的微电网系统的应用日益广泛，智能微电网的相关研究成为热点。在国家层面也有多项“863”计划的重大科研项目展开微电网系统的核心关键技术研究，部分地区已成功实施了微电网的示范工程，比如：浙江南麂岛、天津中新生态城、江西共青城等。

然而，微电网的具体实施应用场景、环境、规模等多种因素的差异较大，微电网系统可能包含多个子微网系统，且子微电网间的连接关系也越来越复杂。由此，带来了并网、离网运行模式转换时的能量冲击，及PCS出力不平衡、主电源切换带来振荡等问题，严重危害微电网系统乃至配网系统的稳定。因此如何分发微网控制器系统高效运行控制策略，从而获得快速的处理效率确保微电网的稳定运行是亟待解决的问题。

现有的微电网控制系统中，控制策略有很多是在微电网监控系统中实施的，该种方法的优点是降低了微电网控制策略实施的门槛，在任何一个有微网监控系统的地方都可以进行控制策略的应用。但该种方法的缺点是，由于控制策略是在监控系统中运行的，实时性受到很大的削弱，不能进行微电网的精益控制。

目前也有将微电网控制策略在微网控制器中运行，装置间通信有主要分无线和有线两种通信方式。无线通信方式如蓝牙、GPRS等，这种方式可靠性不高、功耗较大且投入成本高；有线通信方式有传统485总线、串口101以及以太网104等，但这种通信速度仍然较慢，时效性不能满足智能微电网控制系统的需求。

为了保证智能微电网运行、监控和管理的实时性和高效性，需要为微网控制器系统高效分发微电网控制策略。针对该问题，目前传统的控制策略分发方法是利用主控制器将控制策略按照一定的规则分发给其他控制器，这种方式下主控制器的负载较重，如果主控制器负载过重，就无法进行有效控制策略分发管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于GOOSE的智能微电网快速控制系统及控制策略分发方法，在微网控制层以及过程层之外架设独立的控制策略控制器，该控制策略控制器在系统中各控制器负担较重时分担他们控制策略的分发重担，给出了一种利用控制策略统筹管理高效分发微网控制策略的方案。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。

基于GOOSE的智能微电网快速控制系统，包括控制层和过程层，控制层设备为微网中央控制器，过程层设备包含负责微电源数据采集以及动作执行的微电源控制器、负责负荷状态采集以及动作执行的负荷控制器，以及独立于控制层和过程层的控制策略服务器，微网中央控制器与过程层各控制器之间、微网中央控制器与控制策略服务器之间、控制策略服务器与过程层各控制器之间均采用GOOSE通信方式实时通讯，微网中央控制器将各控制器控制策略按照优先级以及复杂度标记后传递给控制策略服务器，控制策略服务器根据各控制器负载、未执行控制策略的优先级以及复杂度分发合适控制策略给相应控制器，微网中央控制器及过程层各控制器在负载过低时向控制策略服务器申请执行其余未执行的控制策略，各控制器在负载过高时退还部分控制策略执行权给控制策略服务器。

利用基于GOOSE智能微电网快速控制系统实现的控制策略分发方法，包括如下步骤：

A、微网中央控制器将所有控制策略按照优先级、复杂度标记后在上电初期传递给控制策略服务器；

B、控制策略服务器根据控制策略的优先级以及复杂度建立未运行控制策略队列；

C、各控制器定期向控制策略服务器上报当前负载情况并申请执行控制策略；

D、控制策略服务器在未运行控制策略队列非空时分配控制策略给申请执行控制策略的控制器，否则，进行数据维护并等待控制器的请求；

E、控制策略服务器根据各控制器的负载情况，给申请执行控制策略的控制器分发合适的控制策略：

E-1、控制器在自身处理能力能够满足分发控制策略运算速度要求时执行分发的控制策略，且该控制器在自身负载过低时继续向控制策略服务器申请执行其余未执行的控制策略，该控制器在控制策略服务器的支配下执行分发的控制策略，

E-2、控制器在自身负载过高不能满足控制策略运算速度要求时，选择停止运行部分控制策略，并将不能执行的控制策略反馈给控制策略服务器。

作为控制策略分发方法的进一步优化方案，步骤A中控制策略服务器依据优先级由高到低的顺序生成未运行控制策略队列，优先级相同的控制策略按照复杂度由难到易的顺序排列未运行控制策略。

作为所述控制策略分发方法的进一步优化方案，步骤E中当控制器检测到自身负载低于25%时判定自身负载过低，当控制器检测到自身负载高于85%时判定自身负载过高。

作为所述控制策略分发方法的进一步优化方案，步骤E-1中，控制策略服务器在微网中央控制器自身负载过低时将分发控制策略的ID发送给微网中央控制器，微网中央控制器直接执行该控制策略；控制策略服务器过程层中各控制器自身负载过低时将分发控制策略传输给对应的控制器执行。

作为所述控制策略分发方法的进一步优化方案，所述控制策略分发方法还包括步骤F，控制策略服务器在连续数个周期内没有收到控制器申请执行控制策略时，显示控制器负荷较重的告警信息。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：构建包含独立于控制层和过程层控制策略服务器的系统，控制策略服务器在各控制器负载较低时按照控制策略优先级、复杂度的排列顺序将优先级较高、复杂度较高的控制策略分配给负载较轻的控制器执行，各控制器在负载较高时将控制策略的执行权交由控制策略服务器处理，整个系统采用GOOSE通信机制，快速实现了单个微网的微电源点工作方式的切换以及有功无功输出的调整，利用控制器服务器分担负荷较重控制器的策略执行负担，灵活地实现了微网群中各子微网的并离网转换，相比于集中式微网控制方法效率高，相比于只有微网中央控制器的分布式微网控制方案提高了系统资源利用率和稳定性。本发明还实现分布式微网中各节点控制器负荷的均衡化，同时实现了对各控制器的第三方运行状态监控，提升了分布式监控系统的整体性能，保证了各控制器长期、稳定、可靠的运行。

附图说明

图1为本发明基于GOOSE的智能微网快速控制系统示意图。

图2为本发明控制器内部模块与控制策略服务器通信示意图。

图3为本发明快速控制系统控制策略分发方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示为本发明基于GOOSE的智能微网快速控制系统示意图，分为控制层和过程层，控制层设备为微网中央控制器MGCC(Micro-Grid Central Controller)、过程层设备包括负责微电源数据采集以及动作执行的微电源控制器MC(Micro-Source Controller)若干、负责负荷状态采集以及动作执行的负荷控制器LC(Load Controller)若干，架设有控制策略服务器CS(Control-strategy Server)。微网中央控制器存储有各控制器控制策略，并将控制策略按照优先级以及复杂度排序后以GOOSE通信方式传递给控制策略服务器。控制策略服务器负责给系统中各控制器（包括微网中央控制器）分发控制策略，具体由控制器自身负载情况来为各控制器分发相应的控制策略，即将当前未执行控制策略中的优先级最高且复杂度最高的控制策略分发给负载最轻的控制器；负载过高的控制器交回不能执行控制策略的执行权给控制策略服务器，由控制策略服务器将退回的策略分发给其它负载较轻的控制器执行，以实现微网中各节点控制器负荷的均衡化。微网中央控制器MGCC通过GOOSE与微电源控制器MC或负荷控制器LC通信，能够快速获取单元级的微电源控制设备PCS和负荷操作设备LOAD采集相关的电压、功率、频率等微网系统运行信息。控制策略服务器对整个控制系统的控制策略进行管理和维护，所有控制器都可以与控制策略服务器基于GOOSE通信，请求控制策略、主动登记正在运行的或停止运行的控制策略，实现相关高级控制功能。根据微网系统及分布式电源的工作状态，快速切换微电源点的工作方式、调整微电源点有功无功的出力，实现微网中的一次调频、紧急调压、连续的功率闭环调节、并离网转换等高级应用功能。当微电网规模较小时仅需MGCC运行控制策略，即可满足整个微网控制需求。当微电网系统存在多个子微网时，可对多台微网控制器进行配合控制，建立分布式微网控制系统，控制策略服务器将控制策略分发到LC和MC中，发挥分布式处理的优势，实现基于快速控制系统对大规模微网高效控制。

图2为本发明控制器内部模块与控制策略服务器通信示意图。MGCC及MC、LC均采用双模块运行控制策略，模块1与控制服务器采用GOOSE通信，模块1与模块2采用内部规约通信。若模块2运行异常，模块1若负载较低则可运行模块2上原先的运行策略，若负载较高将模块2上的控制策略则上报控制服务器，供其他控制器选择运行。双模块运行控制策略可以均衡控制器负载，提高控制器资源利用率及控制系统的安全稳定性能。

图3为本发明快速控制系统控制策略分发方法流程图。MGCC标识整个分布式系统控制策略的优先级、复杂度，并在系统上电初始时将所有控制策略提交到控制策略服务器端CS，控制策略服务器根据维护未运行控制策略队列，优先级高的控制策略先进队列，若优先级相同，复杂度高的控制策略先进队列。MGCC及MC、LC设定周期定期向控制策略服务器申请执行控制策略，申请的同时提交本控制器当前的负载情况。控制策略服务器对所申请控制器当前的负载情况进行排序，负载较低的控制器优先从未运行控制策略队列获取控制策略，即控制策略优先级及复杂度越高，则需运行在微控制器使用率较低的控制器上，合理充分利用控制器资源。当控制器检测到自身负载低于25%时，主动向控制策略服务器申请控制策略执行，控制策略服务器检查当前未运行控制策略队列是否为空，若队列不为空，则从队头取出一个控制策略给控制器；若申请控制器为MGCC，只需将控制策略ID告知MGCC，MGCC直接运行对应的控制策略；若申请控制器为MC或LC，控制策略服务器传输选取的控制策略通过GOOSE通信方式传输给控制器。当控制器检测到自身负载高于85%时，主动向控制策略服务器退还部分控制策略执行权，以降低当前控制器的负载，并将控制策略根据优先级和复杂度加入未运行控制策略队列，供其它控制器申请执行。控制器不断检测自身运行处理能力，当发现自身负载又减轻时则可以向控制策略服务器继续请求登记运行本地已有的未被运行控制策略，控制策略服务器检测未运行控制策略队列是否非空，如果非空则查找队列中是否有查询的控制策略，如果有就返回该控制策略标识，控制器可以从本地直接启动运行，否则就传输一个控制策略给控制器。控制策略服务器依据各控制器的申请信息可实现对控制器负载运行状态的监视，若有控制器在连续3—5个申请时间周期内，未提交申请，则说明该控制器可能已出现负载过重，运行异常的情况，控制策略服务器给出报警提示。

Claims (5)

1.利用基于GOOSE智能微电网快速控制系统实现的控制策略分发方法，其特征在于包括如下步骤：

A、微网中央控制器将所有控制策略按照优先级、复杂度标记后在上电初期传递给控制策略服务器；

B、控制策略服务器根据控制策略的优先级以及复杂度建立未运行控制策略队列；

C、各控制器定期向控制策略服务器上报当前负载情况并申请执行控制策略；

D、控制策略服务器在未运行控制策略队列非空时分配控制策略给申请执行控制策略的控制器，否则，进行数据维护并等待控制器的请求；

E、控制策略服务器根据各控制器的负载情况，给申请执行控制策略的控制器分发合适的控制策略：

E-1、控制器在自身处理能力能够满足分发控制策略运算速度要求时执行分发的控制策略，且该控制器在自身负载过低时继续向控制策略服务器申请执行其余未执行的控制策略，该控制器在控制策略服务器的支配下执行分发的控制策略，

E-2、控制器在自身负载过高不能满足控制策略运算速度要求时，选择停止运行部分控制策略，并将不能执行的控制策略反馈给控制策略服务器。

2.根据权利要求1所述的控制策略分发方法，其特征在于，步骤A中控制策略服务器依据优先级由高到低的顺序生成未运行控制策略队列，优先级相同的控制策略按照复杂度由难到易的顺序排列未运行控制策略。

3.根据权利要求1所述的控制策略分发方法，其特征在于，步骤E中当控制器检测到自身负载低于25％时判定自身负载过低，当控制器检测到自身负载高于85％时判定自身负载过高。

4.根据权利要求1所述的控制策略分发方法，其特征在于，步骤E-1中，控制策略服务器在微网中央控制器自身负载过低时将分发控制策略的ID发送给微网中央控制器，微网中央控制器直接执行该控制策略；控制策略服务器过程层中各控制器自身负载过低时将分发控制策略传输给对应的控制器执行。

5.根据权利要求1所述的控制策略分发方法，其特征在于，所述控制策略分发方法还包括步骤F，控制策略服务器在连续数个周期内没有收到控制器申请执行控制策略时，显示控制器负荷较重的告警信息。