CN106410793B - 一种模拟信息交互的微网群仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种模拟信息交互的微网群仿真系统，该系统由数据库、任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块、图形用户界面模块五个部分构成，其中数据库为微网群仿真系统的数据中心，其它各模块均与该系统数据库进行数据交互；任务管理模块负责管理区域微网中央控制器与各子微网中央控制器的工作状态切换；算法驱动模块用于驱动各控制器各自的控制算法；模拟通讯模块负责各控制器之间的通讯与数据传输；图形用户界面模块用于对微网群各部分进行实时数据展示。

Description

一种模拟信息交互的微网群仿真系统
技术领域
本发明涉及微网群领域，特别是涉及一种模拟信息交互的微网群仿真系统。
背景技术
随着全球能源、环境问题的突显，风能、太阳能等可再生能源得到了较大的发展。与此同时，微电网作为一种包含可再生能源等分布式电源的综合集成技术得到了广泛的关注。微电网具有灵活的运行特性，可以并网或离网运行，能同时满足本地用户的电能和热能需求。微电网提高了分布式发电系统的供电可靠性，实现了分布式电源与负荷的一体化运行，减少了系统的污染排放，已经成为智能电网建设中的一个重要组成部分。
经对现有关于微电网的研究的分析发现，大部分学者主要利用MATLAB/Simulink等仿真工具对微电网控制策略进行仿真。以Simulink为例的一类仿真软件的计算规则一般是将微电网拓扑及其约束关系转换为相应的数值方程组进行求解，一般适用于微网建模及特性研究；以MATLAB（这里指以m文件为载体的数值计算部分）为例的一类数值计算软件一般主要支持面向过程的算法设计，也即表现为一种“自上而下”的算法结构，这类软件一般适用于微电网控制策略的算法研究，但不能实现微网群同时运行过程的协调控制策略的仿真模拟。除了借助上述仿真软件的研究，也有不少学者利用Java、c等计算机语言对微电网仿真实现自主编程。在这类自主编程的研究中，“多代理”模型常被应用于微网群的研究。专利“基于MAS的多微电网能量管理系统仿真方法”（中国专利申请号为：CN201210456910.1）公开了一种多微电网能量管理系统，其提出一种基于多代理架构的微网群仿真方法，把能量预测、潮流优化、经济优化调度、数据采集、协调控制、并/离网开关等功能分别由多个相对独立的“代理”承担，并将这些“代理”分配到本地管理层、微电网管理层和微电网协调管理层三个不同层次，实现了微网群的多层多代理控制架构。在这个架构中，每个“代理”能够相对独立工作，“代理”之间以信息交互方式协同工作，是一种并列运行的架构方式，比较符合真实微网群系统中各个控制器相对独立工作的情况。但这种并行架构需要基于多代理模型，在模型选择上缺乏灵活性。需要提出一种更为通用的仿真架构，以实现微网群系统的真实模拟。
针对以上不足，本发明利用微网群硬件架构上主要以微网中央控制器为基本控制单元的特点，开发了一种模拟信息交互的微网群仿真系统。本发明构建了多进程并发的主体结构，考虑“一个进程代表一个微网中央控制器”的原则，进而实现对微网群系统进行真实模拟；算法层则由MATLAB编辑与设计，并交由底层程序驱动运行。该架构实现了各子微网控制算法的相对独立，并支持MATLAB编程，以降低各部分算法的开发难度。该系统以“一个进程代表一个微网中央控制器”的原则进行设计，进程间以特定数据传输规则完成数据交互，符合真实微网群系统中的硬件架构方式，具有较高的模拟真实能力。
发明内容
本发明的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提出了一种模拟信息交互的微网群仿真系统。该系统以“一个进程代表一个微网中央控制器”的原则进行设计，进程间以特定数据传输规则完成数据交互，符合真实微网群系统中的硬件架构方式，具有较高的模拟真实能力。
为实现上述发明目的，本发明至少采用如下技术方案之一。
一种模拟信息交互的微网群仿真系统，该系统由系统数据库、任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块、图形用户界面模块五个部分构成，其中系统数据库为微网群仿真系统的数据中心，其它各模块均与该系统数据库进行数据交互；任务管理模块负责管理区域微网中央控制器与各子微网中央控制器的工作状态切换；算法驱动模块用于驱动各控制器各自的控制算法；模拟通讯模块负责各控制器之间的通讯与数据传输；图形用户界面模块用于对微网群各部分进行实时数据展示。
进一步地，所述微网群仿真系统在运行时，表现为多进程并发结构，其中每一个进程代表一个控制器（区域微网中央控制器或子微网中央控制器）；控制器之间的数据交互在系统数据库中进行；每个控制器在运行中会各自单独调用所述的任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块三个功能模块，以完成相应的工作。
进一步地，每个子微网控制器在一次工作循环开始，先调用模拟通讯模块获取区域微网控制器的数据，然后从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的控制算法，并在控制算法结束后重新调用模拟通讯模块上传数据给区域微网控制器。
进一步地，区域微网控制器在一次工作循环开始，从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的协调控制算法。
进一步地，所述系统数据库为微网群仿真系统的数据中心，负责系统中所有的数据交互，并包含以下规则：
1）数据库以控制器为单位分成同等数量的子库，每个子库中的数据表又进一步分为工作状态表、控制器内部数据表、控制器交互数据表；其中工作状态表记录该控制器的工作状态，内部数据表储存该控制器的私有数据，交互数据表储存需要交互的数据；
2）不同控制器对系统数据库具有不同的访问权限，具体而言，每个控制器分别能够访问各自对应子库中的所有数据表；各子微网控制器同时能够访问区域微网中央控制器的工作状态表和交互数据表。
进一步地，所述的任务管理模块能够访问所述系统数据库中的所有工作状态表，并根据微网群所处工况自动切换各控制器的工作状态。
进一步地，所述的算法驱动模块在获取控制器的工作状态后，若判断为需要启动黑启动或并网或离网或并/离网切换的控制策略，则驱动相应的控制算法；算法执行完成后，需要与其它控制器交互的数据保存到所述的交互数据表，不需交互的数据则保存到所述的内部数据表；该模块还提供MATLAB（一种数值计算软件）引擎接口，允许接入由MATLAB编写的控制算法。
进一步地，所述的模拟通讯模块能够访问所述的交互数据表，完成区域微网中央控制器与各子微网中央控制器的数据互传。
进一步地，所述的图形用户界面模块能够访问所述的所有内部数据表和交互数据表，并实时展示在图形用户界面上。
与现有技术相比，本发明的模拟信息交互的微网群仿真系统，适用于微网群仿真，其架构充分体现了真实微网群中各控制器相对独立又相互制约的硬件架构特点，能够很好地模拟微网群的真实运行状态，可以作为验证微网群控制策略在实际生产中的有效性与稳定性的一个便捷途径；同时，各控制器的算法层允许接入由MATLAB编写的算法程序，可以利用MATLAB成熟的数值计算能力，具有较高算法扩展能力。
附图说明
图1是本发明一种模拟信息交互的微网群仿真系统的系统结构框图。
图2是本发明一种模拟信息交互的微网群仿真系统的单个控制器结构图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清楚、直观地理解本发明的发明实质，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
参照图1和图2，其为一种模拟信息交互的微网群仿真系统，该系统由系统数据库、任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块、图形用户界面模块五个部分构成，其中系统数据库为微网群仿真系统的数据中心，其它各模块均与该系统数据库进行数据交互；任务管理模块负责管理区域微网中央控制器与各子微网中央控制器的工作状态切换；算法驱动模块用于驱动各控制器各自的控制算法；模拟通讯模块负责各控制器之间的通讯与数据传输；图形用户界面模块用于对微网群各部分进行实时数据展示。
参照图1，所述微网群仿真系统在运行时，表现为多进程并发结构，其中每一个进程代表一个控制器（区域微网中央控制器或子微网中央控制器）；控制器之间的数据交互在系统数据库中进行；参照图2，每个控制器在运行中会各自单独调用所述的任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块三个功能模块，以完成相应的工作。
每个子微网控制器在一次工作循环开始，先调用模拟通讯模块获取区域微网控制器的数据，然后从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的控制算法，并在控制算法结束后重新调用模拟通讯模块上传数据给区域微网控制器。
区域微网控制器在一次工作循环开始，从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的协调控制算法。
本实施例采用的数据库软件为MySQL，数据库以控制器为单位分成同等数量的子库，每个子库中的数据表又进一步分为工作状态表、控制器内部数据表、控制器交互数据表，其中工作状态表记录该控制器的工作状态，内部数据表储存该控制器的私有数据，交互数据表储存需要交互的数据；每个控制器分别能够访问各自对应子库中的所有数据表以及区域微网中央控制器的工作状态表和交互数据表。
本实施例采用的算法驱动模块由Python语言编写，通过MATLAB Engine调用MATLAB程序以实现控制算法，所执行的算法需要根据从任务管理模块获取的指令来判断；算法执行完成后，需要与其它控制器交互的数据保存到所述的交互数据表，不需交互的数据则保存到所述的内部数据表。
本实施例采用的图形用户界面为网页形式，能够访问所述的所有内部数据表和交互数据表，并实时展示在网页上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种模拟信息交互的微网群仿真系统，其特征在于：该系统由系统数据库、任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块、图形用户界面模块构成，其中系统数据库为微网群仿真系统的数据中心，任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块、图形用户界面模块均分别与该系统数据库进行数据交互；任务管理模块负责管理区域微网中央控制器与各子微网控制器的工作状态切换；算法驱动模块用于驱动各控制器各自的控制算法；模拟通讯模块负责各控制器之间的通讯与数据传输；图形用户界面模块用于对微网群各部分进行实时数据展示；所述系统数据库为微网群仿真系统的数据中心，负责系统中所有的数据交互，并包含以下规则：
1）数据库以控制器为单位分成同等数量的子库，每个子库中的数据表又进一步分为工作状态表、控制器内部数据表、控制器交互数据表；其中工作状态表记录该控制器的工作状态，内部数据表储存该控制器的私有数据，交互数据表储存需要交互的数据；
2）不同控制器对系统数据库具有不同的访问权限，每个控制器分别能够访问各自对应子库中的所有数据表；各子微网控制器同时能够访问区域微网中央控制器的工作状态表和交互数据表；
所述的算法驱动模块在获取控制器的工作状态后，若判断为需要启动黑启动或并网或离网或并/离网切换的控制策略，则驱动相应的控制算法；算法执行完成后，需要与其它控制器交互的数据保存到所述的交互数据表，不需交互的数据则保存到所述的内部数据表；该模块还提供MATLAB引擎接口，允许接入由MATLAB编写的控制算法；所述微网群仿真系统在运行时，表现为多进程并发结构，其中每一个进程代表一个控制器；控制器之间的数据交互在系统数据库中进行；每个控制器在运行中会各自单独调用所述的任务管理模块、算法驱动模块、模拟通讯模块三个功能模块，以完成相应的工作；
每个子微网控制器在一次工作循环开始，先调用模拟通讯模块获取区域微网中央控制器的数据，然后从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的控制算法，并在控制算法结束后重新调用模拟通讯模块上传数据给区域微网中央控制器；区域微网中央控制器在一次工作循环开始，从任务管理模块获取状态指令，若为非工作指令则休眠一段时间后在进入下一轮工作循环；若为可工作指令则调用算法驱动模块，按照具体的微网群工况驱动相应的协调控制算法。
2.根据权利要求1所述的一种模拟信息交互的微网群仿真系统，其特征在于：所述的任务管理模块能够访问所述系统数据库中的所有工作状态表，并根据微网群所处工况自动切换各控制器的工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种模拟信息交互的微网群仿真系统，其特征在于：所述的模拟通讯模块能够访问所述的交互数据表，完成区域微网中央控制器与各子微网控制器的数据互传。
4.根据权利要求1所述的一种模拟信息交互的微网群仿真系统，其特征在于：
所述的图形用户界面模块能够访问所述的所有内部数据表和交互数据表，并实时展示在图形用户界面上。
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Application publication date: 20170215

Assignee: Guangzhou Development Zone Yuedian new energy Co.,Ltd.

Assignor: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980036273

Denomination of invention: A Microgrid Group Simulation System for Simulating Information Interaction

Granted publication date: 20200818

License type: Common License

Record date: 20230615