CN113612216B - 能量路由控制方法及装置、能量路由系统 - Google Patents

能量路由控制方法及装置、能量路由系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种能量路由控制方法及装置、能量路由系统，所述方法包括：获取所述直流母线的母线电压反馈值，并基于所述母线电压反馈值确定外部直流源对应的限幅系数、外部储能单元对应的第一电流给定值；基于所述限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，并基于限幅后的电流给定值对所述第一DC/DC变换单元进行控制；基于所述第一电流给定值以及第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，并基于外部储能单元对应的电流给定值对所述双向DC/DC变换单元进行控制。本发明可有效保证能量路由的能量均衡。

Description

能量路由控制方法及装置、能量路由系统
技术领域
本发明属于电路控制技术领域，更具体地说，是涉及一种能量路由控制方法及装置、能量路由系统。
背景技术
随着分布式能源的大量出现，实现各种分布式能源之间的互联成为本领域人员的重点研究方向，因此能量路由应运而生。
能量路由主要实现各种分布式能源与储能单元之间的能量控制、电流转换等，在此基础上，为了保证能量路由内的能量平衡，如何对能量路由进行控制成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量路由控制方法及装置、能量路由系统，以解决现有技术中存在的外接能源与储能单元之间的能量平衡问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供了一种能量路由控制方法，所述方法应用于能量路由，所述能量路由包括直流母线、用于连接外部直流源的第一DC/DC变换单元、用于连接外部储能单元的双向DC/DC变换单元，所述第一DC/DC变换单元与所述双向DC/DC变换单元均与所述直流母线连接；所述方法包括：
获取所述直流母线的母线电压反馈值，并基于所述母线电压反馈值确定外部直流源对应的限幅系数、外部储能单元对应的第一电流给定值；
基于所述限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，并基于限幅后的电流给定值对所述第一DC/DC变换单元进行控制；其中，所述目标电流给定值指基于外部直流源的电压反馈值预先计算得出的电流给定值；
基于所述第一电流给定值以及第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，并基于外部储能单元对应的电流给定值对所述双向DC/DC变换单元进行控制；其中，所述第二电流给定值指基于外部储能单元的电池电压值预先计算得出的电流给定值。
在一种可能的实现方式中，将预设的第一母线电压给定值与所述母线电压反馈值的差值记为第一母线电压误差值；所述第一母线电压给定值为外部直流源对应的母线电压给定值；
所述第一母线电压误差值大于预设值时，所述限幅系数为常量，所述第一母线电压误差值为负不大于预设值时，所述第一母线电压误差值与所述限幅系数正相关。
在一种可能的实现方式中，所述限幅系数的确定方法为：
其中，δ为限幅系数，f(·)为预设的限幅函数，ΔUbus为第一母线电压误差值，α为预设值，G1(s)为预设的第一传递函数。
在一种可能的实现方式中，将预设的第二母线电压给定值与所述母线电压反馈值的差值记为第二母线电压误差值，所述第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值；所述第二母线电压误差值为负时，所述第一电流给定值大于所述第二电流给定值，所述第二母线电压误差值为零时，所述第一电流给定值等于所述第二电流给定值，所述第二母线电压误差值为正时，所述第一电流给定值小于所述第二电流给定值；
相应的，所述基于所述第一电流给定值以及预先计算的外部储能单元对应的第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，包括：
将所述第一电流给定值与所述第二电流给定值中的最小值作为外部储能单元对应的电流给定值。
在一种可能的实现方式中，基于所述母线电压反馈值确定外部储能单元对应的第一电流给定值，包括：
基于所述母线电压反馈值与预设的第二母线电压给定值确定第二母线电压误差值；所述第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值；
基于所述第二母线电压误差值以及预设的第二传递函数确定外部储能单元对应的第一电流值。
在一种可能的实现方式中，目标电流给定值的计算方法为：
获取外部直流源对应的电流反馈值以及电压反馈值，并基于所述电流反馈值、所述电压反馈值、预设的MPPT控制器确定外部直流源对应的电压给定值；
基于外部直流源对应的电压给定值、所述电压反馈值确定目标电流给定值。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，包括：
将所述限幅系数与所述目标电流给定值的乘积作为限幅后的电流给定值。
在一种可能的实现方式中，所述第二电流给定值的计算方法为：
获取储能单元对应的电池电压值；
基于预设的电池电压给定值以及所述电池电压值确定第二电流给定值。
本发明的另一方面，还提供了一种能量路由控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上所述的能量路由控制方法的步骤。
本发明的再一方面，还提供了一种能量路由系统，包括以上所述的能量路由以及能量路由控制装置。
本发明提供的能量路由控制方法及装置、能量路由系统的有益效果在于：
考虑到外部直流源、外部储能单元的功率大小会体现到母线电压的高低上，本发明根据母线电压反馈值确定了外部直流源对应的限幅系数以及外部储能单元对应的第一电流给定值，利用限幅系数对外部直流源的电流给定值进行了限幅，并综合第一电流给定值和第二电流给定值确定了外部储能单元对应的电流给定值。也就是说，本发明本质是基于外部直流源与外部储能单元的功率大小适应性地调整了外部直流源对应的电流给定值、外部储能单元对应的电流给定值，考虑到了不同功率情形下外部直流源与外部储能单元的能量调控问题，进而实现了外部直流源与外部储能单元的能量平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的能量路由控制方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的能量路由的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的能量路由控制装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的外部直流源的最大功率点示意图；
图5为本发明一实施例提供的外部直流源对应的控制环路示意图；
图6为本发明一实施例提供的外部储能单元对应的控制环路示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图2，图2为本发明一实施例提供的能量路由的结构示意图，本发明的能量路由控制方法应用于能量路由，能量路由包括直流母线、用于连接外部直流源的第一DC/DC变换单元、用于连接外部储能单元的双向DC/DC变换单元，第一DC/DC变换单元与双向DC/DC变换单元均与直流母线连接。在此次基础上，能量路由还可包括与外部交流源连接的AC/DC变换单元、与直流母线连接的DC/AC变换单元、DC/DC隔离单元等，此处不作限定。
本发明通过控制第一DC/DC变换单元与双向DC/DC变换单元来实现外部直流源与外部储能单元之间的能量均衡，在此基础上，参考图1，图1为本发明一实施例提供的能量路由控制方法的流程示意图，该能量路由控制方法包括：
S101：获取直流母线的母线电压反馈值，并基于母线电压反馈值确定外部直流源对应的限幅系数、外部储能单元对应的第一电流给定值。
本实施例中，将第一母线电压给定值与母线电压反馈值的差值记为第一母线电压误差值，第一母线电压给定值为外部直流源对应的母线电压给定值，在一种可能的实现方式中，第一母线电压误差值为不大于预设值时，第一母线电压误差值与限幅系数正相关，第一母线电压误差值大于预设值时，限幅系数为常量。
S102：基于限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，并基于限幅后的电流给定值对第一DC/DC变换单元进行控制。其中，目标电流给定值指基于外部直流源的电压反馈值预先计算得出的电流给定值。
在本实施例中，可基于MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制预先计算目标电流给定值。
S103：基于第一电流给定值以及第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，并基于外部储能单元对应的电流给定值对双向DC/DC变换单元进行控制。其中，第二电流给定值指基于外部储能单元的电池电压值预先计算得出的电流给定值。
本实施例中，可基于储能单元对应的电池电压值预先计算第二电流给定值。
考虑到外部直流源、外部储能单元的功率大小会体现到母线电压的高低上，本发明实施例根据母线电压反馈值确定了外部直流源对应的限幅系数以及外部储能单元对应的第一电流给定值，利用限幅系数对外部直流源的电流给定值进行了限幅，并综合第一电流给定值和第二电流给定值确定了外部储能单元对应的电流给定值。也就是说，本发明实施例本质是基于外部直流源与外部储能单元的功率大小适应性地调整了外部直流源对应的电流给定值、外部储能单元对应的电流给定值，考虑到了不同功率情形下外部直流源与外部储能单元的能量调控问题，进而实现了外部直流源与外部储能单元的能量平衡。
在一种可能的实现方式中，可参考图5，限幅系数的确定方法为：
其中，δ为限幅系数，f(·)为预设的限幅函数，α为预设值，ΔUbus为第一母线电压误差值，也即第一母线电压给定值Ubusref1与母线电压反馈值Ubus的差值，G1(s)为预设的第一传递函数。其中，预设值α可为0，在此基础上，在本实施例一种可能的实现方式中，当第一母线电压误差值ΔUbus为0时，限幅系数可设置为大于0，小于1的量(例如，ΔUbus为0时，α可以为0.5)。
在本实施例中，将G1(s)*ΔUbus输入至预设的限幅函数f(·)中即可得出限幅系数δ。
在一种可能的实现方式中，可参考图5，目标电流给定值的计算方法为：
获取外部直流源对应的电流反馈值Ipv以及电压反馈值Upv，并基于电流反馈值Ipv、电压反馈值Upv、预设的MPPT控制器确定外部直流源对应的电压给定值Upvref。
基于外部直流源对应的电压给定值Upvref、电压反馈值Upv确定目标电流给定值。
在本实施例中，可将电流反馈值Ipv以及电压反馈值Upv输入至预设的MPPT控制器中，得到电压给定值Upvref。在此基础上，计算电压给定值Upvref与电压反馈值Upv的差值，将该差值与预设的第三传递函数G3(s)相乘，即可得到目标电流给定值(也即限幅之前外部直流源对应的电流给定值)，在此基础上，将限幅系数与目标电流给定值的乘积作为限幅后的电流给定值Ipvref。
在得出限幅后的电流给定值Ipvref之后，基于电流反馈值Ipv、电流给定值Ipvref以及预设的第四传递函数G4(s)即可得出第一DC/DC变换单元对应的控制量。
在一种可能的实现方式中，将预设的第二母线电压给定值与母线电压反馈值的差值记为第二母线电压误差值，第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值。第二母线电压误差值为负时，第一电流给定值大于第二电流给定值，第二母线电压误差值为零时，第一电流给定值等于第二电流给定值，第二母线电压误差值为正时，第一电流给定值小于第二电流给定值。
相应的，可参考图6，基于第一电流给定值以及第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，包括：
将第一电流给定值Iref1与第二电流给定值Iref2中的最小值作为外部储能单元对应的电流给定值。
在本实施例中，可设定第二母线电压给定值小于第一母线电压给定值。
在此基础上，本实施例实现能量均衡的原理详述如下：
外部直流源的功率大于外部储能单元的功率时，多余的功率无法被外部储能单元吸收，多余的能量会抬高直流母线的电压，母线电压反馈值会增大，母线电压反馈值会逐渐大于第一母线电压给定值，对应本实施例中的第一母线电压误差值会逐渐变小，根据本实施例所描述的，第一母线电压误差值不大于预设值时，第一母线电压误差值与限幅系数正相关，因此，限幅系数也会逐渐变小，后续会根据限幅系数对外部直流源的电流给定值进行限幅，限幅后的电流给定值不断变小，使得外部直流源工作在U2点(参考图4)，进而限制外部直流源的功率，从而实现能量均衡。此时，对于外部储能单元，由于第一母线电压误差值会逐渐变小，第二母线电压给定值小于第一母线电压给定值，因此第二母线电压给定值会不断被拉大，进而导致第一电流给定值不断增大，第一电流给定值会大于第二电流给定值，执行主体会基于第二电流给定值(也即根据电池电压值计算得出的电流给定值)对外部储能单元进行调控，也就是说，在外部直流源的功率大于外部储能单元的功率时，会基于电池电压值对外部储能单元进行调控(外部储能单元最大限度地吸收能量)，会通过降低限幅系数来降低外部直流源的电流给定值，从而降低外部直流源的功率(外部直流源降低输出能量)，实现能量均衡。
外部直流源的功率小于外部储能单元的功率时，外部直流源输入的能量不足，母线电压反馈值会下跌，此时母线电压反馈值会小于第一母线电压给定值，也即对应本实施例中的第一母线电压误差值会大于零。在此基础上，限幅系数为1，也即，在外部直流源的功率小于外部储能单元的功率时，不对外部直流源的电流给定值进行限幅，外部直流源工作在U1点(参考图4)。此时，由于母线电压反馈值较小，因此第二母线电压误差值为正，第一电流给定值会小于第二电流给定值，因此执行主体本质是基于母线电压反馈值对外部储能单元进行控制的。也就是说，外部直流源的功率小于外部储能单元的功率、外部直流源能量不足时，外部直流源会最大限度地输出能量，外部储能单元会基于实际的母线电压反馈值工作，而并非基于电池电压值工作(也即外部储能单元会降低能量吸收)，从而实现能量均衡。
其中，需要指出的是，本发明所提及的母线电压给定值(第一母线电压给定值或者第二母线电压给定值)与母线电压反馈值的大小关系指的是系统稳态下的大小关系。
在一种可能的实现方式中，可参考图6，基于母线电压反馈值确定外部储能单元对应的第一电流给定值，包括：
基于母线电压反馈值Ubus与预设的第二母线电压给定值Ubusref2确定第一母线电压误差值，第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值。
基于第二母线电压误差值以及预设的第二传递函数G2(s)确定外部储能单元对应的第一电流值Iref1。
在本实施例中，将第一母线电压误差值与预设的第二传递函数G2(s)相乘，即可得到第一电流给定值Iref1。
在一种可能的实现方式中，可参考图6，外部储能单元对应的第二电流给定值的计算方法为：
获取储能单元对应的电池电压值Ubat。
基于预设的电池电压给定值Ubatref以及电池电压值Ubat确定外部储能单元对应的第二电流给定值。
本实施例中，可计算电池电压给定值Ubatref与电池电压值Ubat的差值，将该差值与预设的第五传递函数G5(s)相乘，即可得到第二电流给定值Iref2。
在此基础上，可选择第一电流给定值Iref1、第二电流给定值Iref2的最小值作为外部储能单元对应的电流给定值。之后，可基于外部储能单元对应的电流给定值、电池电流值Ibat、以及预设的第六传递函数G6(s)计算双向DC/DC变换单元的控制量。
本发明的另一方面，还提供了一种能量路由控制装置300可以包括：一个或多个处理器301、一个或多个输入设备302、一个或多个输出设备303及一个或多个存储器304。上述处理器301、输入设备302、输出设备303及存储器304通过通信总线305完成相互间的通信。存储器304用于存储计算机程序，计算机程序包括程序指令。处理器301用于执行存储器304存储的程序指令。其中，处理器301被配置用于调用程序指令执行上述各方法实施例的步骤。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器301可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备302可以包括触控板、指纹采传感器(用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息)、麦克风等，输出设备303可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。
该存储器304可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器301提供指令和数据。存储器304的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器304还可以存储设备类型的信息。
具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器301、输入设备302、输出设备303可执行本发明实施例提供的路由能量控制方法的第一实施例和第二实施例中所描述的实现方式。
本发明的再一方面，还提供了一种能量路由系统，包括以上所述的能量路由以及能量路由控制装置。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种能量路由控制方法，其特征在于，所述方法应用于能量路由，所述能量路由包括直流母线、用于连接外部直流源的第一DC/DC变换单元、用于连接外部储能单元的双向DC/DC变换单元，所述第一DC/DC变换单元与所述双向DC/DC变换单元均与所述直流母线连接；所述方法包括：
获取所述直流母线的母线电压反馈值，并基于所述母线电压反馈值确定外部直流源对应的限幅系数、外部储能单元对应的第一电流给定值；
基于所述限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，并基于限幅后的电流给定值对所述第一DC/DC变换单元进行控制；其中，所述目标电流给定值指基于外部直流源的电压反馈值预先计算得出的电流给定值；
基于所述第一电流给定值以及第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，并基于外部储能单元对应的电流给定值对所述双向DC/DC变换单元进行控制；其中，所述第二电流给定值指基于外部储能单元的电池电压值预先计算得出的电流给定值；
其中，将预设的第一母线电压给定值与所述母线电压反馈值的差值记为第一母线电压误差值；所述第一母线电压给定值为外部直流源对应的母线电压给定值；所述第一母线电压误差值大于预设值时，所述限幅系数为常量，所述第一母线电压误差值为不大于预设值时，所述第一母线电压误差值与所述限幅系数正相关；
其中，基于所述母线电压反馈值确定外部储能单元对应的第一电流给定值，包括：
基于所述母线电压反馈值与预设的第二母线电压给定值确定第二母线电压误差值；所述第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值；
基于所述第二母线电压误差值以及预设的第二传递函数确定外部储能单元对应的第一电流值。
2.如权利要求1所述的能量路由控制方法，其特征在于，所述限幅系数的确定方法为：
其中，δ为限幅系数，f(.)为预设的限幅函数，ΔUbus为第一母线电压误差值，α为预设值，G1(s)为预设的第一传递函数。
3.如权利要求1所述的能量路由控制方法，其特征在于，将预设的第二母线电压给定值与所述母线电压反馈值的差值记为第二母线电压误差值，所述第二母线电压给定值为外部储能单元对应的母线电压给定值；所述第二母线电压误差值为负时，所述第一电流给定值大于所述第二电流给定值，所述第二母线电压误差值为零时，所述第一电流给定值等于所述第二电流给定值，所述第二母线电压误差值为正时，所述第一电流给定值小于所述第二电流给定值；
相应的，所述基于所述第一电流给定值以及预先计算的外部储能单元对应的第二电流给定值确定外部储能单元对应的电流给定值，包括：
将所述第一电流给定值与所述第二电流给定值中的最小值作为外部储能单元对应的电流给定值。
4.如权利要求1至3任一项所述的能量路由控制方法，其特征在于，目标电流给定值的计算方法为：
获取外部直流源对应的电流反馈值以及电压反馈值，并基于所述电流反馈值、所述电压反馈值、预设的MPPT控制器确定外部直流源对应的电压给定值；
基于外部直流源对应的电压给定值、所述电压反馈值确定目标电流给定值。
5.如权利要求1至3任一项所述的能量路由控制方法，其特征在于，所述基于所述限幅系数对目标电流给定值进行限幅，得到限幅后的电流给定值，包括：
将所述限幅系数与所述目标电流给定值的乘积作为限幅后的电流给定值。
6.如权利要求1至3任一项所述的能量路由控制方法，其特征在于，所述第二电流给定值的计算方法为：
获取储能单元对应的电池电压值；
基于预设的电池电压给定值以及所述电池电压值确定第二电流给定值。
7.一种能量路由控制装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的能量路由控制方法的步骤。
8.一种能量路由系统，其特征在于，包括如权利要求1所应用的能量路由以及如权利要求7所述的能量路由控制装置。
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