CN113113912B - 四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统 - Google Patents

四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统，针对能量路由器的不同模态下发不同的变换器工作模式和控制指令，一定程度上缓解了能量路由器各端口之间因注入功率或端电压的波动所产生的相互影响，能够提高电网单元功率调度的响应速率和控制精度；通过模态划分，降低了储能电池的运行使用频率和单次使用时间，从而尽可能的保护电池寿命，这是单层直接控制所无法带来的。

Description

四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，特别是一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统。
背景技术
能源互联网对电力系统设备具有较高的要求，当前配电网中的设备不能满足其要求。传统的配电变压器空载损耗大，且不能有效隔离故障；无法主动治理电能质量问题并导致电能质量问题的扩散无法提供直流配用电功能；特别是无法应对大规模分布式电源的接入并进行有效管理，因此已无法适用于面向多种分布式能源接入的智能配电网。为解决这一问题，以电力电子技术为基础的能量路由器被提出。
目前，现有方法中针对能量路由器的模态划分，通常只是进行单一划分，存在以下缺陷：
(1)现有技术提出根据不同的功能场景或应用场景对能量路由器进行简单划分(孙利,陈武,蒋晓剑,等.能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制[J].电力系统自动化,2020)。事实上，由于分布式能源波动性较大，如季节性过载，昼夜波动大等不确定因素的影响，即使在相同的功能场景下，各变换器控制模式也是不同的。此外，由于电力电子变换器的无法避免的非线性特性，即使在相同场景下各变换器采用相同控制模式，也不能保证各变换器都稳定在吸引域中，因此必须根据实时的数据进行跟踪调节各变换器的指令值。
(2)在微电网中，可以通过直流母线的信号波动进行模态的划分和切换，通过母线波动间接反映各端口变换器的功率分布情况，从而实现不同模态之间的快速切换，但由于信号波动的阈值难以估计，该方法只能粗略反映能量路由器的，应当采集各底层变换器的功率分布进行更精确的控制，同时也为各变换器之间的稳定性提供数据基础(刘家赢,韩肖清,王磊,张鹏,王靖.直流微电网运行控制策略[J].电网技术,2014,38(09):2356-2362.)。
(3)在现有技术中，模态划分通常没有考虑储能电池的电量和荷电状态对整体系统的影响，实际应用中储能电池一般通过多个电池进行串联实现高电压输出，内部的荷电状态是不平衡的。同时，电池的充放电次数的较为有限的，因此，在模态划分中应当考虑储能的平均荷电状态SOC。
(4)在现有技术中，在模态划分下的指令计算，通常只是根据上层调度指令进行简单指令计算，如各端口之间的功率分配，该值通常是固定的，不仅可能导致功率分配的偏差，更有可能降低系统稳定性甚至导致系统失稳。有的文献提出下垂控制(王鹤.含多种分布式电源的微电网运行控制研究[D].华北电力大学,2014.)，对各变换器的功率分配进行修正，同时确保了直流母线的稳压，但该策略属于有差控制，只能在指定范围内维持电压和频率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统，提高模态划分准确性，实现四端口能量路功率分配的动态调节。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法，包括：
模态1：当储能电池Soc≥N1，且光伏单元注入的功率Ppv＞Ppv st时，储能单元采用空闲模式，光伏单元为CVC模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st，或者检测出母线跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态3；其中Ppv st为光伏单元在CVC模式下允许输出的最高功率，U0为直流母线电压的参考设定值；k＝0.05～0.2；0.8≤N1≤0.9；
模态2：当储能电池Soc<N1时，且光伏单元注入的功率Ppv＞Ppv st时，储能单元采用充电模式，光伏单元为CVC模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测到攀升电压为kU0或Ppv≤Ppv st时，将四端口能量路由器切换到模态4；
模态3：当储能电池Soc≥N1，且光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st时，储能单元处于空闲状态，光伏单元为MPPT控制，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测出母线跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态6；当检测出攀升电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态1；
模态4：当储能电池Soc<N1，且光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st时，将直流母线电压维持在1.0U0；储能单元处于充电状态，光伏单元为MPPT控制，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测出母线电压的跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态5；当检测出攀升电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态2；
模态5：当交流源功率相对不足，即Ppv+Pw＜Pg ref-Pbat时，将储能单元由充电模式切换为空闲模式，光伏单元为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kU0时，根据储能单元的Soc，将四端口能量路由器切换到模态6或模态7；若检测到直流母线攀升电压为kU0时，根据储能单元的Soc将四端口能量路由器切换到模态3或模态4；其中Pbat为储能单元注入直流母线的功率；其中Pw为交流源单元注入功率，Pg ref为电网单元输出有功功率的调度值；Pbat为储能单元注入功率；
模态6：当储能电池Soc>N2时，储能单元为放电模式，光伏模块为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kU0时，发送故障信号，四端口能量路由器进入待机模式，仅维持直流母线电压，不再继续电网功率调度，并发出警告；若检测到直流母线攀升电压为kU0时，将四端口能量路由器切换到模态5；0.1≤N2≤0.2；
模态7：当储能电池Soc≤N2时，储能单元为空闲模式，光伏模块为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kU0，发送故障信号，四端口能量路由器进入待机模式，仅维持直流母线电压，不再继续电网功率调度，并发出警告；若检测到直流母线攀升电压为kU0，将四端口能量路由器切换到模态5；
模态8：储能单元为恒功率放电模式，光伏模块为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为停机模式；当交流源单元发生故障或能源不足(即Pw+Ppv+Pbat＜Pg ref)时，转入该模态。
本发明模态划分主要依据为直流母线电压波动为主，各端口变换器功率状态为辅，能够实现能量路由器模态之间的自动切换。模态划分方法可以针对底层变换器的实时状态进行二次划分，根据底层设备的实时状态修正各变换器的指令值，从而一定程度上消除各变换器的相互影响，增强系统稳定性。本发明针对储能电池的平均荷电状态对储能单元的指令电流进行一定调整，以减少过流充电或过流放电对电池的损耗，从而延长了电池的寿命，间接的降低了能量路由器的维护成本，能带来一定的经济效益。本发明模态划分过程中利用电网的稳定性，将电网单元固定为稳压模式，通过牺牲电网单元控制模态的灵活性，实现各端口变换器的功率分配的动态调节。所述电网单元的电压值恒定为
Figure BDA0003012921210000041
Figure BDA0003012921210000042
通常设置为500～700V。该范围设置能够在保护电力电子变换器的基础上，有效地降低电力电子变换器的损耗，提高能量路由器能量调配的运行效率。
当所述交流源处于恒功率控制模式，电网单元处于恒压模式时，交流源通过追踪电网单元的并网输出功率，调节交流源的功率指令值
Figure BDA0003012921210000043
控制电网单元的并网调度；交流源功率指令参考值的修正值
Figure BDA0003012921210000044
计算公式为：
Figure BDA0003012921210000045
其中，
Figure BDA0003012921210000046
表示决策层下发到底层交流源功率指令的修正值，Pg ref表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，Kp与Pg ref-Pg成正相关关系，满足以下公式：
Figure BDA0003012921210000047
其中，[x]表示小于x的最大整数，α表示电网单元有功功率输出的稳定裕度，当电网单元功率偏差在α内时，视为电网单元功率输出达到稳态，通常α取0.001-0.01。
该方法不仅能够快速调节各端口变换器的功率调配，且不会产生超调量，具有较好的稳定性。由于决策层的控制时间尺度远小于底层设备，且底层变换器通常为有差控制，通过分段函数Kp能够有效的避免因延时导致的误差，并快速达到稳态。
当所述的储能单元处于恒功率放电模式，交流源单元处于停机模式，电网单元处于恒压模式，即模态8时，储能单元通过追踪电网单元的并网输出功率，调节交流源的功率指令参考值的修正值
Figure BDA0003012921210000051
控制电网单元的并网调度；交流源功率指令参考值
Figure BDA0003012921210000052
的计算公式为：
Figure BDA0003012921210000053
其中，Pg ref表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，满足以下公式：
Figure BDA0003012921210000054
其中，[x]表示小于x的最大整数，α表示电网单元有功功率输出的稳定裕度，当电网单元功率偏差在α内时，视为电网单元功率输出达到稳态，通常α取0.001-0.01。
该方法不仅能够快速调节各端口变换器的功率调配，且不会产生超调量，具有较好的稳定性。由于决策层的控制时间尺度远小于底层设备，且底层变换器通常为有差控制，通过分段函数Kp能够有效的避免因延时导致的误差，并快速达到稳态。
当所述储能单元处于充电模式时，储能单元的充电电流参考值
Figure BDA0003012921210000055
为：
Figure BDA0003012921210000061
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。
该方法能够在储能电池即将处于饱和状态时，减少储能电池的充电电流，从而减缓过储能电池出现过饱和的情况。
当所述储能单元处于放电模式时，储能单元的充电电流参考值
Figure BDA0003012921210000062
为：
Figure BDA0003012921210000063
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。
该方法能够在储能电池即将处于低电量状态时，减少储能电池的放电电流，从而避免过储能电池出现电量过低为导致储能单元变换器无法启动的情况。在模态1～模态7中，四端口能量路由器的交流源单元变换器、电网单元变换器分别为恒功率控制模式和恒压控制模式；在模态8中，所述四端口能量路由器的交流源单元变换器、电网单元变换器分别为停机状态和恒压控制模式。
该方法能够快速便捷的实现能量路由器功率的调度分配。交流源单元由于其分布式能源的特性，波动相对较大，因此采取恒功率模式控制其流通的功率，从而减少了功率波动对直流母线的影响。电网单元由于其稳定性，可固定为恒压模式。该方法的优点在于，在整体运行过程中，能够始终保持电网电压的功率调度分配。
N1＝0.9；N2＝0.2。
通常情况下，储能电池的使用寿命是有限的，其荷电状态无法长期处于过高或过低的状态。N1取值0.9不仅能保护电池，还能较大程度的利用好储能电池的充电时间，N2取值0.2能够避免储能电池电量过低导致无法启动变换器的特殊情况；同时，储能电池的输出电压与荷电状态处于非线性关系，当荷电状态取值为0.9时，其输出电压时可视为固定在最高电压，当荷电状态取值为0.2时，其输出电压时可视为固定在最低电压，该状态下切换变换器模式相对较为稳定。本发明还提供了一种四端口能量路由器的多模态协同控制系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1.针对能量路由器的不同模态下发不同的变换器工作模式和控制指令，一定程度上缓解了能量路由器各端口之间因注入功率或端电压的波动所产生的相互影响。
2.本发明模态划分方法能够提高电网单元功率调度的响应速率和控制精度。
3.本发明通过模态划分，降低了储能电池的运行使用频率和单次使用时间，从而尽可能的保护电池寿命，这是单层直接控制所无法带来的。
4.本发明能够针对不同的工况进行类自适应控制，通过模态划分和对应模态策略实现稳定运行。
附图说明
图1为本发明的四端口能量路由器的拓扑结构图；
图2为本发明的四端口能量路由器的协调控制管理策略示意图；
图3为本发明的四端口能量路由器模态切换图；
图4为本发明的四端口能量路由器交流源单元的变换器控制框图；
图5为本发明的四端口能量路由器电网单元的变换器控制框图；
图6为本发明的四端口能量路由器光伏单元的变换器控制框图；
图7为本发明的四端口能量路由器储能单元的变换器控制框图；
图8为本发明的四端口能量路由器协同控制管理策略的流程图。
具体实施方式
图1所示为四端口能量路由器的拓扑结构。其中，i1、i2、i3、i4分别为从交流源单元变换器、并网端口变换器、光伏单元变换器和储能单元变换器流入直流母线的实际电流；uwi为交流源端口三相电压；ugi为电网三相电压；Upv为光伏单元的输出电压；Ipv为光伏单元的是输出电流；Ibat为Buck-Boost电路的电感电流；Ubat储能电池的端口电压；L1为交流源单元每一相的滤波电感；L2为电网交流侧滤波电感；光伏直流端口采用Boost电路，L3为对应电感；储能直流端口采用Buck-Boost电路，L4为对应电感。
图2为本发明对能量路由器采用的协同控制管理策略，主要分为信息采集层、底层控制层和决策控制层。其中，信息采集层主要负责数据的参数，故不在图中表示，表征为数据的上下行传输。决策控制层控制方法为上层控制，其主要方法为模态划分、参考指令优化计算；底层控制层控制方法为下层控制，主要为各端口变换器的控制策略，根据决策控制层的下发指令，切换工作模式或改变指令参考值，实现对并网功率调度的精确控制。信息采集层将底层设备的数据上传到决策控制层，如储能单元的平均荷电状态Soc、各单元模块注入直流母线的功率Pbat、Ppv、Pg、Pw等。决策控制层根据模态划分策略对能量路由器的模态进行划分，再根据得到的各设备的实时数据，制定对底层实施能量路由器决策控制层的调度控制策略；该调度控制策略主要分为底层变化器的工作模式选择和指令参考优化。如图4-7所示，储能单元根据平均荷电状态Soc和当前模态改变储能电池的充放电模式以及对应的充放电电流指令；光伏单元根据当前模态切换工作模式；交流源单元根据当前模态和外部调度指令更新有功功率指令，从而实现并网有功功率的精准调度；并网单元根据外部指令改变直流母线的电压，通常情况下该指令不变。
图8为本发明的四端口能量路由器协同控制管理策略的流程，更直观的说明了本发明对应的控制管理策略。
本发明所述的协同控制管理策略的具体步骤如下：
(1)决策控制层接收信息采集层下发的关于底层设备的实时数据，根据能量路由器直流母线电压和储能电池荷电状态的变化进行能量路由器模态切换，如图3所示。
(2)根据所处的模态制定能量路由器在不同工况下底层变换器的模式调度控制策略，如表1.1和表1.2所示，不同模态下各变换器的具体指令值可参考上文。
表1.1模态划分依据
Figure BDA0003012921210000091
表1.2模态控制模式
Figure BDA0003012921210000092
模态1：储能电池Soc≥0.9，储能单元采用空闲模式，光伏单元改为CVC模式；由电网单元维持直流母线电压，输出功率由交流源单元、光伏单元提供；当光伏单元注入的能源降低至一定阈值(即0.05U0)后，即Ppv≤Ppv st，其中Ppv st为光伏单元在CVC模式下允许输出的最高功率，此时，由于光伏单元和电网单元的相互作用，将可能导致直流母线电压迅速跌落，当检测到跌落电压达到0.05U0或Ppv≤Ppv st时，将能量路由器切换到模态3；其中，U0为直流母线电压的参考设定值；
模态2：储能电池Soc<0.9，储能单元采用充电模式，光伏单元为CVC模式；当检测到攀升电压为0.05U0或Ppv≤Ppv st时切换为模态4；
模态3：储能电池Soc≥0.9，储能单元处于空闲状态，光伏单元为MPPT控制，由电网单元维持直流母线电压，并网功率由交流源单元、光伏单元提供；当检测出母线跌落电压达到0.05U0时，将能量路由器切换到模态6；当检测出攀升电压达到0.05U0时，切换为模态1；
模态4：储能电池Soc<0.9，由电网单元将直流母线电压维持在1.0U0；储能单元处于充电状态，光伏单元为MPPT控制，并网功率由交流源单元、光伏单元提供；当检测出母线电压的跌落电压达到0.05U0时，将能量路由器切换到模态5；当检测出攀升电压达到0.05U0时，切换为模态2；
模态5：注入的分布式能源相对不足，即Pw＜Pg ref-Pbat-Ppv，其中Pw为交流源单元注入功率，Pg ref为电网单元输出有功功率的调度值，Pbat为储能单元注入直流母线的功率，负值表示充电模式，母线向储能电池注入功率。因此分布式能源不足以满足储能单元，表征为母线电压跌落，此时将储能单元由充电模式改为空闲模式，光伏单元为MPPT模式，由电网单元维持直流母线电压；若检测到直流母线跌落电压为0.05U0时，根据储能单元的Soc，将能量路由器切换到模态6或模态7；若检测到直流母线攀升电压为0.05U0时，根据储能单元的Soc将能量路由器切换到模态3或模态4；
模态6：储能电池Soc>0.2，储能单元为放电模式；若检测到直流母线跌落电压为Pw+Ppv+Pbat＜Pg ref时，发送故障信号，系统停机；若检测到直流母线攀升电压为0.05U0时，根据储能单元的Soc将系统切换到模态5；
模态7：储能电池Soc≤0.2，储能单元为空闲模式；若检测到直流母线跌落电压为0.05U0时，发送故障信号，系统停机；若检测到直流母线攀升电压为0.05U0时，根据储能单元的Soc将系统切换到模态5；
模态8：交流源单元出力严重不足，即Pw+Ppv+Pbat＜Pg ref，其中储能单元为放电模式，Pbat为正值交流源单元停机，通过对储能单元的充放电实现功率调度。
(3)根据不同的工作模态对底层变换器的工作模式进行选择，同时根据采集到的实时信息，进行能量路由器各变换器的指令参考值优化计算，形成能量路由器在不同模态下的对底层变换器的指令调度控制策略，如图1所示。
(4)在步骤(2)(3)的基础上，如图1所示，得到不同模态下能量路由器底层变换器的工作模式和参考指令值，形成能量路由器决策控制层的调度控制策略并下发到底层控制层。
(5)底层各端口变换器接受上层指令调度。首先根据当前的工作模态选择是否切换变换器工作模式，若变换器当前工作模式与下发的调度指令一致，则不改变工作模式；若变换器当前工作模式与下发的调度指令不一致，则改变工作模式，再根据底层各变换器当前的工作模态，改变对应的指令参考值。具体控制策略如下，
交流源单元：如图4所示，其中，id、iq分别为交流源单元交流侧三相电流在d、q坐标轴上的等效分量；ud、uq分别为交流侧三相电压在d、q坐标轴上的等效分量；
Figure BDA0003012921210000111
为功率的指令值，由控制决策层给出，通常
Figure BDA0003012921210000112
取0。交流源功率指令参考值为
Figure BDA0003012921210000113
Figure BDA0003012921210000114
表示交流源单元的第k次下发的功率指令值，
Figure BDA0003012921210000115
为决策层下发的交流源功率指令的修正值，满足公式：
Figure BDA0003012921210000116
其中，Pg ref表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，与Pg ref-Pg成正相关关系。
电网单元：如图5所示，电网单元选用传统的VSR拓扑结构，采用电流闭环矢量控制，通过PI控制器实现对VSR的稳压控制。其直流侧电压参考值为
Figure BDA0003012921210000117
其值通过上层调度得到。
光伏单元：如图6所示，当光伏单元发出的能量小于后级能量需求或者系统工作在满功率发电模式时，选择工作模式为MPPT模式(杨永恒,周克亮.光伏电池建模及MPPT控制策略[J].电工技术学报,2011,26(S1):229-234)，这里选择扰动观察法实现最佳功率点的追踪；当光伏单元发出的能量大于后级能量需求时，将导致直流母线电压升高，选择工作模式为CVC模式(张继元.直流微网中储能单元并联及能量管理技术研究[D].哈尔滨工业大学,2013)，维持母线电压稳定并限制光伏电池注入的能量。
储能单元：如图7所示，根据充放电需求，储能单元可以工作在三个工作模式：恒流充电模式、恒流放电模式、恒功率模式、空闲模式。
为保护储能电池充放电，设计为以下关系式，储能电池充电电流参考值为：
当处于恒流充电模式时储能电池充电电流参考值为：
Figure BDA0003012921210000121
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。当处于恒流放电时，储能电池放电电流参考值为：
Figure BDA0003012921210000122
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。
当处于恒功率模式，此时交流源单元处于停机模式，电网单元处于恒压模式(即模态8)时，储能单元通过追踪电网单元的并网输出功率，储能单元功率指令参考值为
Figure BDA0003012921210000123
Figure BDA0003012921210000124
表示交流源单元的第k次功率指令值，
Figure BDA0003012921210000125
为决策层下发的储能单元功率指令的修正值，满足公式
Figure BDA0003012921210000126
其中，Pg ref表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，满足以下公式：
Figure BDA0003012921210000131
其中，[x]表示小于x的最大整数，α表示电网单元有功功率输出的稳定裕度，当电网单元功率偏差在α内时，视为电网单元功率输出达到稳态，通常α取0.001-0.01。
(6)调度指令下发后，信息采集层采集各端口变换器的实时数据。

Claims (8)

1.一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，包括：
模态1：当储能电池Soc≥N1，且光伏单元注入的功率Ppv＞Ppv st时，储能单元采用空闲模式，光伏单元为CVC模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st，或者检测出母线跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态3；其中Ppv st为光伏单元在CVC模式下允许输出的最高功率，U0为直流母线电压的参考设定值；k＝0.05～0.2；0.8≤N1≤0.9；Soc表示储能电池平均荷电状态；CVC模式为稳定直流母线模式；
模态2：当储能电池Soc<N1时，且光伏单元注入的功率Ppv＞Ppv st时，储能单元采用充电模式，光伏单元为CVC模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测到攀升电压为kU0或Ppv≤Ppv st时，将四端口能量路由器切换到模态4；
模态3：当储能电池Soc≥N1，且光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st时，储能单元处于空闲状态，光伏单元为MPPT控制，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测出母线跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态6；当检测出攀升电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态1；
模态4：当储能电池Soc<N1，且光伏单元注入的功率Ppv≤Ppv st时，将直流母线电压维持在1.0U0；储能单元处于充电状态，光伏单元为MPPT控制，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当检测出母线电压的跌落电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态5；当检测出攀升电压达到kU0时，将四端口能量路由器切换到模态2；
模态5：当交流源功率不足，即
Figure FDA0003584452530000011
时，将储能单元由充电模式切换为空闲模式，光伏单元为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kU0时，根据储能单元的Soc，将四端口能量路由器切换到模态6或模态7；若检测到直流母线攀升电压为kU0时，根据储能单元的Soc将四端口能量路由器切换到模态3或模态4；其中Pbat为储能单元注入直流母线的功率；其中Pw为交流源单元注入功率，
Figure FDA0003584452530000021
为电网单元输出有功功率的调度值；Pbat为储能单元注入功率；
模态6：当储能电池Soc>N2时，储能单元为放电模式，光伏单元为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kUo时，发送故障信号，四端口能量路由器进入待机模式，仅维持直流母线电压，不再继续电网功率调度，并发出警告；若检测到直流母线攀升电压为kUo时，将四端口能量路由器切换到模态5；0.1≤N2≤0.2；
模态7：当储能电池Soc≤N2时，储能单元为空闲模式，光伏单元为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；若检测到直流母线跌落电压为kU0，发送故障信号，四端口能量路由器进入待机模式，仅维持直流母线电压，不再继续电网功率调度，并发出警告；若检测到直流母线攀升电压为kU0，将四端口能量路由器切换到模态5；
模态8：储能单元为恒功率放电模式，光伏模块为MPPT模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为停机模式；当交流源单元发生故障或能源不足，即Pw+Ppv+Pbat＜Pg ref时，转入该模态；
当所述交流源处于恒功率控制模式，电网单元处于恒压模式时，交流源通过追踪电网单元的并网输出功率，调节交流源的功率指令值
Figure FDA0003584452530000022
控制电网单元的并网调度；交流源功率指令参考值的修正值
Figure FDA0003584452530000023
计算公式为：
Figure FDA0003584452530000024
其中，
Figure FDA0003584452530000031
表示决策层下发到底层交流源功率指令的修正值，
Figure FDA0003584452530000032
表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，Kp与
Figure FDA0003584452530000033
成正相关关系，满足以下公式：
Figure FDA0003584452530000034
Figure FDA0003584452530000035
表示小于
Figure FDA0003584452530000036
的最大整数，α表示电网单元有功功率输出的稳定裕度。
2.根据权利要求1所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，所述电网单元的电压值恒定为
Figure FDA0003584452530000037
3.根据权利要求1所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，当所述的储能单元处于恒功率放电模式，交流源单元处于停机模式，电网单元处于恒压模式，即模态8时，储能单元通过追踪电网单元的并网输出功率，调节交流源的功率指令参考值的修正值
Figure FDA0003584452530000038
控制电网单元的并网调度；交流源功率指令参考值
Figure FDA0003584452530000039
为：
Figure FDA00035844525300000310
其中，
Figure FDA00035844525300000311
表示决策层下发到底层交流源功率指令的修正值，
Figure FDA00035844525300000312
表示外部对电网单元的功率调度值，Pg为电网单元输出功率的实时采样值，Kp为分段函数，满足以下公式：
Figure FDA00035844525300000313
其中，[x]表示小于x的最大整数，α表示电网单元有功功率输出的稳定裕度，当电网单元功率偏差在α内时，视为电网单元功率输出达到稳态，α取0.001-0.01。
4.根据权利要求1所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，当所述储能单元处于充电模式时，储能单元的充电电流参考值
Figure FDA0003584452530000041
为：
Figure FDA0003584452530000042
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。
5.根据权利要求1所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，当所述储能单元处于放电模式时，储能单元的充电电流参考值
Figure FDA0003584452530000043
为：
Figure FDA0003584452530000044
其中，Imax表示储能单元电感电流所允许流过的电流最大值，Socmax表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最高值，Socmin表示储能单元的储能电池平均荷电状态所允许的最低值。
6.根据权利要求1所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，在模态1～模态7中，四端口能量路由器的交流源单元变换器、电网单元变换器分别为恒功率控制模式和恒压控制模式；在模态8中，所述四端口能量路由器的交流源单元变换器、电网单元变换器分别为停机状态和恒压控制模式。
7.根据权利要求1～3之一所述的四端口能量路由器的多模态协同控制方法，其特征在于，N1＝0.9；N2＝0.2。
8.一种四端口能量路由器的多模态协同控制系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求1～4之一所述方法的步骤。
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