CN111740447B - 一种能量路由器的协同控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种能量路由器的协同控制方法，能量路由器包括上层服务器和底层设备，所述方法包括：获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值；确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值；判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令；根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值；重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内。由于底层设备的状态值能够被调整，因此，所述方法能够实现对能量路由器中底层设备不同状态值的协调控制。由于能量路由器在多源微网系统中占据核心控制位置，所以所述方法可以解决多源微网系统供能波动性较大的问题。

Description

一种能量路由器的协同控制方法
技术领域
本申请涉及多源微网系统控制技术领域，尤其涉及一种能量路由器的协同控制方法。
背景技术
多源微网系统能够利用水和光等清洁可再生的自然能源进行供能，所以可以满足不同地区多样的供能需求。
但是，由于多源微网系统的供能依赖于自然能源，所以多源微网系统受季节和自然环境的影响较大，由此导致多源微网系统供能的波动性也较大。
因为能量路由器在多源微网系统中占据核心控制位置，因此可通过调整能量路由器中上层服务器对底层设备的控制方式来解决多源微网系统供能波动性较大的问题。
发明内容
本申请提供了一种能量路由器的协同控制方法，能够解决多源微网系统供能波动性较大的问题。
本申请实施例提供了一种能量路由器的协同控制方法，所述能量路由器包括上层服务器和底层设备，所述方法包括：
获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值；
确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值；
判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令；
根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值；
重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内。
可选地，所述底层设备包括：设置有PQ变换器的水电端口和设置有PWM变换器的并网端口。
可选地，还包括：获取所述底层设备的端口控制模式；
其中，所述端口控制模式，包括：
所述水电端口的PQ控制模式，用于调整所述水电端口的状态值；
所述并网端口的双闭环控制模式，用于调整所述并网端口的状态值。
可选地，所述根据差值生成调整指令的方法包括：
所述差值利用二分法控制函数，生成所述调整指令。
可选地，所述方法包括：
获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出；
确定所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的差值ΔP，ΔP＝f1(Pset，PPWM变换器实际有功输出)＝Pset－PPWM变换器实际有功输出；
判断所述差值ΔP是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔP，生成有功功率调整值ΔP有功调整，ΔP有功调整＝f2(ΔP)二分法控制函数；
根据所述有功功率调整值ΔP有功调整，调整所述PQ变换器的有功设置值P(k) PQ变换器有功设置，P(k+1) PQ变换器有功设置＝P(k) PQ变换器有功设置+ΔP有功调整，k代表调整次数；
重复执行获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的步骤，直至所述差值ΔP在所述目标范围内。
可选地，所述方法还包括：
获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出；
确定所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的差值ΔQ，ΔQ＝f1(Qset，QPWM变换器实际无功输出)＝Qset－QPWM变换器实际无功输出；
判断所述差值ΔQ是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔQ，生成无功功率调整值ΔQ无功调整，ΔQ无功调整＝f2(ΔQ)二分法控制函数；
根据所述无功功率调整值ΔQ无功调整，调整所述PWM变换器的无功设置值Q(k) PWM变换器无功设置，Q(k+1) PWM变换器无功设置＝Q(k) PWM变换器无功设置+ΔQ无功调整，k代表调整次数；
重复执行获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的步骤，直至所述差值ΔQ在所述目标范围内。
可选地，其特征在于，所述|ΔP|与所述|ΔP有功调整|呈正相关关系，以及，所述|ΔQ|与所述|ΔQ无功调整|呈正相关关系。
从以上技术方案可知，本申请提供了一种能量路由器的协同控制方法，所述方法包括：获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值；确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值；判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令；根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值；重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内。由于底层设备的状态值能够被调整，因此，所述方法能够实现对能量路由器中底层设备不同状态值的协调控制。由于能量路由器在多源微网系统中占据核心控制位置，所以所述方法可以解决多源微网系统供能波动性较大的问题。另外，所述方法还可解决新能源即插即用，就地消纳，同时实现水电发电的最大效率以及协同储能对水电季节性的关联控制，使能源能够互补调节。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中能量路由器的结构示意图；
图2为本申请实施例中多源微网系统内部分装置的连接示意图；
图3为本申请实施例中一种能量路由器的协同控制方法的流程图；
图4为本申请实施例中另一种能量路由器的协同控制方法的流程图；
图5为本申请实施例中又一种能量路由器的协同控制方法的流程图；
图6为本申请实施例中一种关于执行步骤S220和S230的代码图；
图7为本申请实施例中一种关于执行步骤S320和S330的代码图。
其中，1-服务器；2-底层设备；21-储能端口；211-储能端口控制器；212-DC/DC变换器；22-水电端口；221-水电端口控制器；222-PQ变换器；23-并网端口；231-并网端口控制器；232-PWM变换器。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请作进一步详细说明。
本申请提供了一种能量路由器的协同控制方法，参见图1，所述能量路由器包括上层服务器1和底层设备2，其中，所述底层设备2包括储能端口21、水电端口22和并网端口23。
所述上层服务器1与所述底层设备2以以太网通讯并进行数据交换。具体地，所述储能端口21包括与所述上层服务器1通讯连接的储能端口控制器211，以及，与所述储能端口控制器211通讯连接的DC/DC变换器212；所述水电端口22包括与所述上层服务器1通讯连接的水电端口控制器221，以及，与所述水电端口控制器221通讯连接的PQ变换器222；所述并网端口23包括与所述上层服务器1通讯连接的并网端口控制器231，以及，与所述并网端口控制器231通讯连接的PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)变换器232。
以及，所述储能端口控制器211与电池管理系统通讯连接，所述DC/DC变换器212与储能电池电气连接。
在工作过程中，所述上层服务器1和所述底层设备2执行上层协调策略，具体地，所述上层服务器1接收所述底层设备2上传的数据，具体包括端口电压、端口电流和端口功率等信息，所述上层服务器1根据所述信息生成调整指令，并将所述调整指令传送至所述底层设备2；所述底层设备2执行下层独立控制策略，所述底层设备2接收所述上层服务器1传送的所述调整指令，并根据所述调整指令对所述底层设备的所述当前状态值进行闭环调整。
参见图2，在所述多源微网系统中，所述水电端口22与供能的发电系统电气连接，所述并网端口23与需能的电网电气连接。
参见图3，所述协同控制方法包括以下步骤：
S110：获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值。
所述上层服务器1获取所述底层设备2的当前状态值和期望状态值。
S120：确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值。
所述上层服务器1确定当前状态值和所述期望状态值的差值。
S130：判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令。
所述上层服务器1判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，所述上层服务器1根据所述差值生成用于调整所述底层设备2状态值的调整指令，并将所述调整指令传送至所述底层设备2。
所述目标范围根据不同的状态值进行设定，本申请不做限定。
S140：根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值。
所述底层设备2根据所述调整指令调整所述当前状态值。
S150：重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内。
为了使所述底层设备2调整状态值的过程尽量平滑，所以通常情况下，所述底层设备2的所述当前状态值并非一次性地调整到所述期望状态值，而是每次做小幅度的调整，直到将所述底层设备2的所述当前状态值调整到所述期望状态值，另外，由于能量在传递过程中会有不可避免的损耗，所以通常情况下，为了减少损耗带来的误差，所述当前状态值到所述期望状态值的调整过程也不是可以一次完成的。因此在通常情况下，所述底层设备2小幅度的调整完一次状态值后，需要再次执行S110，直至所述差值在所述目标范围内，即将所述底层设备2的所述当前状态值调整到所述期望状态值。
在一些实施例中，在S110步骤之前，还包括获取所述底层设备2的端口控制模式；其中，所述端口控制模式包括所述储能端口21的非线性控制模式、所述水电端口22的PQ控制模式和所述并网端口23的双闭环控制模式。
其中，所述储能端口21的非线性控制模式用于调整所述储能端口21的状态值。具体地，所述储能端口控制器211接收所述上层服务器1传送的调整指令，所述调整指令包括所述储能端口21的出力调整指令，所述储能端口控制器211根据所述出力调整指令调整状态值，调整的过程通过PWM调制实现。其中，所述上层服务器1根据获取的电网功率缺额和由所述电池管理系统传送的所述储能电池的运行状态信息做出相应的所述调整指令。
所述水电端口22的PQ控制模式用于调整所述水电端口22的状态值。具体地，所述水电端口控制器221接收所述上层服务器1传送的调整指令，所述调整指令包括P、Q控制指令或P(k) PQ变换器有功设置，所述水电端口控制器221根据所述P、Q控制指令或所述P(k) PQ变换器有功设置调整，实时调整出力大小，对直流母线以及所述电网电压进行支撑。
所述并网端口23的双闭环控制模式用于调整所述并网端口23的状态值。具体地，所述并网端口控制器231接收所述上层服务器1传送的调整指令，所述调整指令包括直流母线电压设定值或Q(k) PWM变换器无功设置，所述并网端口控制器231根据所述直流母线电压设定值对所述PWM变换器232进行PWM控制，进行DC/AC变换，将直流电转换为交流电，向所述电网供能；电压外环用于将直流母线维持在设定值附近，确保能量路由器的稳定运行，为各个端口提供运行基础；通过电压内环加快底层响应速度，提高整套控制系统的运行效率与精准度。另外，所述并网端口控制器231还能根据Q(k) PWM变换器无功设置调整无功输出。
在一些实施例中，所述根据差值生成调整指令的方法包括：所述差值利用二分法控制函数，生成所述调整指令。所述二分法控制函数设置有若干个关于所述差值的梯度范围，以及，对应于任一个所述梯度范围的所述调整指令。
在一些实施例中，参见图4，所述能量路由器的协同控制方法包括：
S210：获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出。
所述上层服务器1还与所述电网连接，并接收由所述电网传送的所述PWM变换器232的期望有功输出Pset，以及，由所述并网端口23传送的所述PWM变换器232的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出。
S220：确定所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的差值ΔP，ΔP＝f1(Pset，PPWM变换器实际有功输出)＝Pset－PPWM变换器实际有功输出。
所述上层服务器1确定所述PWM变换器232的实际有功输出PWM变换器实际有功输出和所述PWM变换器232的期望有功输出Pset的差值ΔP，ΔP＝f1(Pset，PPWM变换器实际有功输出)＝Pset－PPWM变换器实际有功输出。
S230：判断所述差值ΔP是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔP，生成有功功率调整值ΔP有功调整，ΔP有功调整＝f2(ΔP)二分法控制函数。
所述上层服务器1对ΔP是否在目标范围内进行判断，如果所述ΔP不在所述目标范围内，所述上层服务器1根据ΔP通过二分法控制函数生成有功功率调整值ΔP有功调整，ΔP有功调整＝f2(ΔP)二分法控制函数，以及，所述上层服务器1将所述有功功率调整值ΔP有功调整传送至所述水电端口22。
其中，所述二分法控制函数设置有若干个关于所述ΔP的所述梯度范围，单位是KW，每个所述梯度范围内的ΔP分别对应相应的固定值ΔP有功调整。参见图6可知，当ΔP的值在[-3.75KW，-1KW)范围内时，ΔP有功调整＝1KW。另外，所述目标范围根据不同的实际需求进行设定，在一些实施例中，所述目标范围是[﹣0.2KW，0.2KW)，当然也可以是其他范围，本申请不做具体限定。
S240：根据所述有功功率调整值ΔP有功调整，调整所述PQ变换器的有功设置值P(k) PQ变换器有功设置，P(k+1) PQ变换器有功设置＝P(k) PQ变换器有功设置+ΔP有功调整，k代表调整次数。
所述上层服务器1将所述有功功率调整值ΔP有功调整传送至所述水电端口22，所述水电端口控制器221根据所述有功功率调整值ΔP有功调整调整有功输出。具体地，若所述ΔP>0，则表明所述并网端口23的有功供应不足，所述PQ变换器222根据所述ΔP有功调整加大水电出力，从而填补所述并网端口23的有功缺额；若ΔP<0，则表明所述并网端口23的有功供应过高，所述PQ变换器222根据所述ΔP有功调整减少水电出力，从而减少所述并网端口23的有功输出。
其中，调整有功输出的过程通过PWM调制实现。
S250：重复执行获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的步骤，直至所述差值ΔP在所述目标范围内。
重复执行S210，直至所述差值ΔP在所述目标范围内，即代表所述并网端口23的有功输出已经实现精准控制。
在一些实施例中，参见图5，所述能量路由器的协同控制方法还包括：
S310：获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出；
所述上层服务器1接收由所述电网传送的所述PWM变换器232的期望无功输出Qset，以及由所述并网端口23传送所述PWM变换器232的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出。
S320：确定所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的差值ΔQ，ΔQ＝f1(Qset，QPWM变换器实际无功输出)＝Qset－QPWM变换器实际无功输出。
所述上层服务器1获取所述PWM变换器232的期望无功输出Qset和所述PWM变换器232的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出，ΔQ＝f1(Qset，QPWM变换器实际无功输出)＝Qset－QPWM变换器实际无功输出。
S330：判断所述差值ΔQ是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔQ，生成无功功率调整值ΔQ无功调整，ΔQ无功调整＝f2(ΔQ)二分法控制函数。
所述上层服务器1对ΔQ是否在目标范围内进行判断，如果所述ΔQ不在所述目标范围内，所述上层服务器1根据ΔQ通过二分法控制函数生成无功功率调整值ΔQ无功调整，ΔQ无功调整＝f2(ΔQ)二分法控制函数，以及，所述上层服务器1将所述无功功率调整值ΔQ无功调整传送至所述并网端口23。
其中，所述二分法控制函数设置有若干个关于所述ΔQ的所述梯度范围，单位是KW，每个所述梯度范围内的ΔQ分别对应相应的固定值ΔQ无功调整。参见图7可知，当ΔQ的值在[7.5KW，15KW)范围内时，ΔQ无功调整＝7.5KW。另外，所述目标范围根据不同的实际需求进行设定，在一些实施例中，所述目标范围是[﹣0.2KW，0.2KW)，当然也可以是其他范围，本申请不做具体限定。
S340：根据所述无功功率调整值ΔQ无功调整，调整所述PWM变换器的无功设置值Q(k) PWM变换器无功设置，Q(k+1) PWM变换器无功设置＝Q(k) PWM变换器无功设置+ΔQ无功调整，k代表调整次数。
所述上层服务器1将所述无功功率调整值ΔQ无功调整传送至所述并网端口23，所述并网端口控制器231根据所述无功功率调整值ΔQ无功调整调整无功输出。具体地，若所述ΔQ>0，则表明所述并网端口23的无功供应不足，所述PWM变换器232根据所述ΔQ无功调整加大无功输出；若所述ΔQ<0，则表明所述并网端口23的无功供应过高，所述PWM变换器232根据所述ΔQ无功调整减少无功输出。
其中，调整无功输出的过程通过PWM调制实现。
S350：重复执行获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的步骤，直至所述差值ΔQ在所述目标范围内。
重复执行S310，直至所述差值ΔQ在所述目标范围内，即代表所述并网端口23的无功输出已经实现精准控制。
在一些实施例中，所述|ΔP|与所述|ΔP有功调整|呈正相关关系，以及，所述|ΔQ|与所述|ΔQ无功调整|呈正相关关系，以此使所述当前状态值在所述期望状态值附近微调，确保输出的平滑精确。
在一些实施例中，所述底层设备2还能对是否过电压或者过电流的故障状态进行判断，并将所述判断结果传送给所述上层服务器1。
从以上技术方案可知，本申请提供了一种能量路由器的协同控制方法，所述方法包括：获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值；确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值；判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令；根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值；重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内。由于底层设备的状态值能够被调整，因此，所述方法能够实现对能量路由器中底层设备不同状态值的协调控制。由于能量路由器在多源微网系统中占据核心控制位置，所以所述方法可以解决多源微网系统供能波动性较大的问题。另外，所述方法还可解决新能源即插即用，就地消纳，同时实现水电发电的最大效率以及协同储能对水电季节性的关联控制，使能源能够互补调节。
以上对本申请的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本申请的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种能量路由器的协同控制方法，其特征在于，所述能量路由器包括上层服务器和底层设备，所述方法包括：
获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值；所述底层设备包括：设置有PQ变换器的水电端口和设置有PWM变换器的并网端口；
确定所述期望状态值和所述当前状态值的差值；
判断所述差值是否在目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值生成调整指令；
根据所述调整指令，调整所述底层设备的所述当前状态值；
重复执行获取所述底层设备的期望状态值和当前状态值的步骤，直至所述差值在所述目标范围内；
所述根据所述差值生成调整指令的方法包括：
所述差值利用二分法控制函数，生成所述调整指令；
获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出；
确定所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的差值ΔP，ΔP＝f1(Pset，PPWM变换器实际有功输出)＝Pset－PPWM变换器实际有功输出；
判断所述差值ΔP是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔP，生成有功功率调整值ΔP有功调整，ΔP有功调整＝f2(ΔP)二分法控制函数；
根据所述有功功率调整值ΔP有功调整，调整所述PQ变换器的有功设置值P(k) PQ变换器有功设置，P(k +1) PQ变换器有功设置＝P(k) PQ变换器有功设置+ΔP有功调整，k代表调整次数；
重复执行获取所述PWM变换器的期望有功输出Pset和所述PWM变换器的实际有功输出PPWM变换器实际有功输出的步骤，直至所述差值ΔP在所述目标范围内；
获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出；
确定所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的差值ΔQ，ΔQ＝f1(Qset，QPWM变换器实际无功输出)＝Qset－QPWM变换器实际无功输出；
判断所述差值ΔQ是否在所述目标范围内，如果不在所述目标范围内，根据所述差值ΔQ，生成无功功率调整值ΔQ无功调整，ΔQ无功调整＝f2(ΔQ)二分法控制函数；
根据所述无功功率调整值ΔQ无功调整，调整所述PWM变换器的无功设置值Q(k) PWM变换器无功设置，Q(k+1) PWM变换器无功设置＝Q(k) PWM变换器无功设置+ΔQ无功调整，k代表调整次数；
重复执行获取所述PWM变换器的期望无功输出Qset和所述PWM变换器的实际无功输出QPWM变换器实际无功输出的步骤，直至所述差值ΔQ在所述目标范围内。
2.根据权利要求1所述的能量路由器的协同控制方法，其特征在于，还包括：获取所述底层设备的端口控制模式；
其中，所述端口控制模式，包括：
所述水电端口的PQ控制模式，用于调整所述水电端口的状态值；
所述并网端口的双闭环控制模式，用于调整所述并网端口的状态值。
3.根据权利要求1所述的能量路由器的协同控制方法，其特征在于，|ΔP|与|ΔP有功调整|呈正相关关系，以及，|ΔQ|与|ΔQ无功调整|呈正相关关系。
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