CN116031920A - 一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，功能上可实现能量在多端口电力电子设备内太阳能、风能、储能电池、电网以及负载之间的流动，以及通过调度信息可实现能量在多个多端口电力电子设备之间协调流动。通过多端口电力电子设备的分层能量协调控制使得能量在设备内以及设备间的协调配合，实现分布式能源最大可能功率上网、储能电池的长寿命工作，也提高了多端口电力电子设备运行的稳定性。

Description

一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略

技术领域

本发明涉及电力电子设备控制领域，特别涉及一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略。

背景技术

在电力发展的新形势下，第三代电网的主要特征包括：利用可再生能源发电量在总体发电量中占据较大比重；多端口电力电子设备与骨干网架、地方电网高度有机融合；采用网损低、容量大的环境友好型输电方式；电网调度、保护和控制智能化，电网与用户双向互动的智能化配用电系统。未来电网将具备大规模接纳可再生能源电力的能力，高效、灵活的能源配置及新型电力供应系统，基本排除大面积停电风险，具有极高供电可靠性，同步实现城乡电力、能源、信息的物联综合服务体系。基于第三代电网建设的重大需求，多端口电力电子设备技术和直流电网技术将在促进传统电网转型及未来电网发展中发挥重大的作用。多端口电力电子设备技术是电力产业可持续发展的有效途径，其为风能、太阳能、生物质能等可再生能源为主的DG技术的发展与应用提供了灵活、高效的平台。多端口电力电子设备能够实现不同种类可再生能源在时间和空间上的优势互补，满足负荷增长需求，综合提高能源利用效率和供电可靠性。同时，直流多端口电力电子设备作为一个小型发配电可控系统，能够实现自我控制、管理和保护，因此，其在未来配电网的发展中必将得到广泛的应用。当DG和多端口电力电子设备逐渐普及，并将占有电网发电和供电较大比重的情况下，电网的管理模式、系统运行控制方式，以及市场运作机制必将成为电力系统运行与控制研究中需解决的重要理论与实际问题。现有研究虽然使得多端口电力电子设备能够在一定情况下稳定运行，但是存在对于上层来自电网或者其他多端口电力电子设备之间的调度信息研究较少以及对储能剩余荷电容量SOC可以进一步优化等问题。

发明内容

为了实现电力电子设备的稳定高效投运，针对现有技术的不足，本发明提出了一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，综合考虑上级调度、储能剩余荷电容量SOC等信息，实现储能电池最大可能长寿命工作以及多个多端口电力电子设备之间协调稳定运行。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，包括以下步骤：

步骤1：由底层控制层根据多端口电力电子设备各端口的运行参数及母线电压对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制，并上传至中央管理层；

步骤2：由中央管理层根据各端口的运行参数进行剩余荷电容量SOC优化，并根据上层调度信息进行能量调度，然后向底层控制层下发指令来进行中央管理层能量协调控制；

步骤3：每隔一段时间Ts后，重复步骤1-2，实现多端口电力电子设备的稳定运行。

进一步地，所述步骤1具体实现方法为：按照负荷重要程度把交流负载和直流负载分为重要负载和不重要负载，并将各端口发出或吸收的功率、储能电池的剩余荷电容量SOC、各端口当前控制策略、并离网状态、不重要负载功率以及重要负载功率以及母线电压传到中央管理层，并根据上述参数对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制，通过不同的母线电压层级将多端口电力电子设备运行定义为5个模式。

进一步地，所述5个模式为：

(1)能量平衡模式：此时直流母线电压U_dc满足0.975U_dc≤U_dc≤1.025U_dc，将储能电池设定为截止状态；当设备处在并网状态下，负载、光伏发电、风力发电、电网四者能量平衡，由光伏发电以及风力发电构成的分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由并网端口控制；当设备处在离网状态下，负载所需能量与分布式电源发电功率保持平衡提供，此时分布式电源工作在MPPT模式；

(2)储能吸能模式：此时直流母线电压U_dc满足1.025U_dc<U_dc<1.05U_dc，储能端口处于充电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，在光照以及风力较强或负载减少的情况下，负载功率低于分布式电源输出功率，此时储能电池有能力吸收能量进入到充电模式，此时，光伏电池工作在MPPT模式，分布式电源为储能电池恒压充电，在储能电池未达到过充状态时吸收剩余能量，直流母线电压由储能端口控制；

(3)储能放能模式：此时直流母线电压U_dc满足0.95U_dc<U_dc<0.975U_dc，储能端口处于放电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，储能电池放电为荷端供能，维持电压稳定在一定的范围；分布式电源工作在MPPT模式，储能电池处于放电状态，且恒压维持母线电压稳定；

(4)能量过剩模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≥1.05U_dc,多余能量供给储能电池进入充电模式，储能电池处于空闲模式，此时，分布式电源先部分切换至恒压模式，降低分布式电源的输出功率，若仍不能有效稳定母线电压，则全部切换至恒压模式以保证系统的能量平衡，此时分布式电源对直流母线起主要控制作用；当设备处在离网状态下，分布式电源所能提供的能量能够满足负载所需要的能量，储能电池的容量已接近饱和处于空闲模式，此时，与并网状态下一样，分布式电源先部分再全部切换至恒压模式，保证系统的能量平衡，此时分布式电源对直流母线起主要控制作用；

(5)能量不足模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≤0.95U_dc，此时设备处在并网或离网状态下，交流并网功率被限制在额定值或空闲模式，且储能电池没有能力进入放电模式，切除不重要负载，若进行切载后在一段时间过后仍不能稳定母线电压，则对设备进行停机处理。

进一步地，所述步骤2具体包括：

通过中央管理层控制增加电池的储能保护模式，若储能电池SOC值介于30％与70％之间，储能电池处于正常工作状态，否则电池进入储能保护模式；

通过中央管理层控制增加调度模式，在接收到上层调度信息时，将调度功率转化为次重要负载，次重要负载的负载重要程度介于重要负载与不重要负载之间：在设备内功率充足时，满足设备内的重要负载、不重要负载以及次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不充足时，满足设备内的重要负载以及次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不足以满足调度任务时，上传无法完成调度任务信息，以满足设备内的重要负载正常稳定运行为主，退出中央管理层调度模式并恢复到底层控制层控制，待设备内功率充足且有调度任务时，重新进入调度模式。

进一步地，所述多端口电力电子设备包含光伏、风电、储能、并网、交流负载和直流负载六个端口，六个端口共用一个直流母线，并行运行；光伏和风电端口通过Boost变换器连接直流母线；储能电池采用双向Buck/Boost变换器与直流母线相连；并网端口和交流负载采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连；直流负载采用Buck变换器与直流母线相连。

进一步地，所述各个端口的变换器的控制方式如下：

(1)光伏及风电Boost变换器使得光伏及风电发电单元工作在最大功率点追踪、直流母线恒压控制两种工作模式下，其中大功率点追踪采用扰动观察法，直流母线恒压控制采用母线电压外环、电流内环的双环控制结构；

(2)储能双向Buck/Boost变换器在充电、放电和待机模式间自由切换，充放电过程中采用恒压限流控制方式，接口变换器采用电压电流双闭环控制，外环为母线电压，内环为储能电池电流，在外环输出加入限幅环节；

(3)并网三相AC/DC变流器采用基于前馈解耦的电压电流双闭环控制。

本发明的有益效果为：

1、本发明提出的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，研究建立了满足系统运斤稳定性和可靠性要求的网内各单元变换器工作状态自主切换控制策略，单元变换器自主控制策略能够在多端口电力电子设备不同运行模式下，实现各单元在不同工作巧态间快速、平滑地自主切换。

2、在进行控制策略执行时，本发明设计了一种储能充放电保护模式。该策略在储能电池剩余荷电容量SOC达到保护范围时，自动检测并离网状态，并在达到保护极限时，该策略可使储能电池转化为空闲模式，通过蓄电池自主充放电调节及保护模式自动切换，保证多端口电力电子设备功率平衡以及储能电池的长寿命工作。

3、在进行控制策略执行时，本发明设计了一种调度模式。以满足设备内的重要负载正常稳定运行为主，在有调度任务情况下实现并离网状态下多端口电力电子设备内部以及多个设备之间的的调度优化及功率平衡。

4、本发明提出的多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略具有非常强的普适性，本发明建立在一种多端口电力电子设备的基础上，其核心在于考虑运行的多种模式划分与稳定切换，针对各种模式分别进行控制，在适用于其他具有分布式电源、储能、负载及并网端口的电力电子设备时，本发明依旧成立。

附图说明

图1为为本发明涉及的一种多端口电力电子设备结构图；

图2为本发明的多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略示意图；

图3为本发明的多端口电力电子设备的电压层级模式示意图；

图4为本发明的多端口电力电子设备的中央管理层控制流程图；

图5为本发明的多端口电力电子设备光伏及风电单元的变换器控制框图；

图6为本发明的多端口电力电子设备储能单元的变换器控制框图；

图7为本发明的多端口电力电子设备电网单元的变换器控制框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口、直流负载和交流负载；光伏端口和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，可根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，既可以根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，也可以根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；五个端口共用一个直流母线，并行运行。

如图2所示，本发明的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，包括以下步骤：

步骤1：如图3所示，对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制：

按照负荷重要程度把交流负载和直流负载分为重要负载和不重要负载，并将各个端口发出或吸收的功率、储能电池的剩余荷电容量SOC、各端口当前控制策略、并离网状态、不重要负载功率以及重要负载功率以及母线电压传到中央管理层，并根据上述参数对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制，通过不同的母线电压层级将多端口电力电子设备运行定义为5个模式：

(1)能量平衡模式：此时直流母线电压U_dc满足0.975U_dc≤U_dc≤1.025U_dc，由于在实际工作情况中，系统没有绝对的稳定状态，直流母线电压依旧有波动,因此，为避免储能电池频繁动作，将储能电池设定为截止状态。当设备处在并网状态下，负载、光伏发电、风力发电、电网四者能量平衡，由光伏发电以及风力发电构成的分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由并网端口控制；当设备处在离网状态下，负载所需能量与分布式电源发电功率保持平衡提供，此时分布式电源工作在MPPT模式，由于此模式没有恒压控制的环节，所以当分布式电源的最大输出功率受环境因素影响发生微小变化时，允许设备的直流母线电压在区域范围内产生轻微波动。

(2)储能吸能模式：此时直流母线电压U_dc满足1.025U_dc<U_dc<1.05U_dc，当设备处在并网状态下，此时分布式电源输出功率供给负载功率后剩余功率在大于双向DC/AC变换器的额定功率，双向DC/AC变换器工作在限流模式，交流并网功率被限制在额定值，其不能控制母线电压，此处储能端口处于充电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，在光照以及风力较强或负载减少的情况下，负载功率低于分布式电源输出功率，此时储能电池尚有能力吸收能量进入到充电模式，此时，光伏电池工作在MPPT模式，分布式电源为储能电池恒压充电，在储能电池未达到过充状态时吸收剩余能量，直流母线电压由储能端口控制。

(3)储能放能模式：此时直流母线电压U_dc满足0.95U_dc<U_dc<0.975U_dc，当设备处在并网状态下，由于双向DC/AC变换器的额定功率限制，母线电压跌落，其不能控制母线电压，此处储能端口处于放电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，储能电池放电为荷端供能，维持电压稳定在一定的范围。此时，分布式电源工作在MPPT模式，储能电池处于放电状态，且恒压维持母线电压稳定。

(4)能量过剩模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≥1.05U_dc,当设备处在并网状态下，直流母线电压偏高表明系统内部出现功率剩余，交流并网功率被限制在额定值，分布式电源所能提供的能量能够满足负载所需要的能量，多余能量可供给储能电池进入充电模式，而储能电池的容量已接近饱和，处于空闲模式，此时，分布式电源可先部分切换至恒压模式，降低分布式电源的输出功率，若仍不能有效稳定母线电压，则全部切换至恒压模式以保证系统的能量平衡，在此时中分布式电源对直流母线起主要控制作用；当设备处在离网状态下，分布式电源所能提供的能量能够满足负载所需要的能量，而储能电池的容量已接近饱和处于空闲模式，此时，与并网状态下一样，分布式电源先部分再全部切换至恒压模式，保证系统的能量平衡，在此时中分布式电源对直流母线起主要控制作用。

(5)能量不足模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≤0.95U_dc，此时设备处在并网或离网状态下，交流并网功率被限制在额定值或空闲模式，且储能电池没有能力进入放电模式，无法提供负载维持其正常运行所需要的能量，此时切除不重要负载，降低设备正常运行所需功率，以保证设备正常运行，若进行切载后在一段时间过后仍不能稳定母线电压，则对设备进行停机处理，避免母线电压无法稳定下长时间运行损坏多端口电力电子设备。

步骤2：如图4所示，根据各端口的运行参数等进行SOC优化以及上层调度信息进行中央管理层控制，具体表现为：

(1)底层控制层控制只能通过减小次要负载工作时间来延长重要负载的工作时间，为了更好的优化储能电池SOC值，通过中央管理层控制增加电池的储能保护模式，若储能电池SOC值介于30％与70％之间，储能电池处于正常工作状态，否则电池进入储能保护模式，由中央管理层控制优化SOC值来提髙设备应对突发故障的能力：在SOC值处于20％至30％之间或处于70％至80％之间时设备每隔一个δTs自动检测是否并网，当处于并网状态并且处于能量平衡模式时，通过电网对储能电池进行充电或者放电，并在SOC值低于20％或者高于80％时，储能电池切换至空闲模式，在SOC值低于20％只允许电池充电，在SOC值高于80％只允许电池放电，实现储能电池的自主保护；待母线电压上升或下降至下一模式时，执行相应的切载或分布式电源控制切换操作以维持多端口电力电子设备的稳定运行。

(2)底层控制层控制只能满足多端口电力电子设备内的功率平衡，缺少上层调度信息，无法实现在接收调度指令后仍保证设备正常稳定运行，因此通过中央管理层控制增加调度模式，在接收到上层调度信息时，将调度功率转化为次重要负载，次重要负载的负载重要程度介于重要负载与不重要负载之间：在设备内功率充足时，满足设备内的重要负载与不重要负载以及调度功率也即次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不太充足时，满足设备内的重要负载以及调度功率也即次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不足以满足调度任务时，上传无法完成调度任务信息，以满足设备内的重要负载正常稳定运行为主，退出中央管理层调度模式并恢复到底层控制层控制，待设备内功率充足且有调度任务时，重新进入调度模式。

步骤3：每隔一段时间Ts后，重复步骤1-2，实现多端口电力电子设备的稳定运行。

指令设定并下发后，由各个端口进行指令的执行，各个端口控制方式如下：

如图5所示，光伏及风电发电单元可以工作在两种工作模式下：最大功率点追踪(MPPT)、直流母线恒压控制(CVC)。其中MPPT采用扰动观察法，其工作原理是给光伏电池或风力发电机的电压施加一个小的扰动，观察扰动前后光伏输出功率变化情况，若改变后输出功率增加，则表明该变化方向可使输出功率增加，下一追踪周期输出电压继续沿此方向变化；若改变后输出功率减小，则表明变化趋势与给定相反，下一追踪周期输出电压向相反方向变化，实现最大限度利用太阳能和风能，恒压控制采用母线电压外环、电流内环的双环控制。其中U_PV、I_PV为光伏电池或风力发电机的电压和电流；I_{PV_ref}为母线电压U_dc与母线电压参考值U_{dc_ref}做差后经PI调节得出的光伏电池或风力发电机的电流参考值；PWM调制为脉冲宽度调制，将开关信号传递给开关管。

如图6所示，储能双向Buck/Boost变换器可在充电、放电和空闲模式间自由切换，避免了直流母线电压小范围波动引起的电力电子器件不必要动作，提高了储能电池的使用寿命，充放电过程中采用恒压限流控制方式，接口变换器采用电压电流双闭环控制，外环为母线电压，内环为储能电池电流，为防止在放电时出现过流，在外环输出也加入了限幅环节；当储能装置运行在充电状态下时，此时母线上的能量经双向变换电路流向储能装置，双向变换电路可等效为Buck变换电路。采用双闭环控制实现储能装置充放电过程中的稳压控制，双闭环中外环为电压环、内环为电流环。设定限幅环节上限为恒流充电额定电流的数值。初始状态下，储能装置存储的电能较少，电压不高导致电压环PI调节器的输出过大，限幅环节将其维持在事先设定的上限。随着存储的电能持续增加，储能装置的电压逐渐增大，电压环PI调节器的输出逐渐稳定在限幅环节的范围内，此时系统进入恒压充电状态，直到存储的电能达到储能装置上限。其中I_b为储能电池的电流；I_{b_ref}为母线电压U_dc与母线电压参考值U_{dc_ref}做差后经PI调节得出的储能电池的电流参考值；PWM调制为脉冲宽度调制，将开关信号传递给开关管。

如图7所示，并网三相AC/DC变流器采用基于前馈解耦的电压电流双闭环控制，变流器的直流电压是由电压外环控制的，通过参考电压值与实际电压值相比较后，经过PI调节得到d轴的给定电流，电流内环在检测到给定电流后在经过相关调节工作控制变流器的交流侧电流。此时令i_q*＝0，含义为AC/DC变流器采用功率因数为1进行整流。其中i_abc为AC/DC变流器的三相电流，其通过park变换得到dq坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；i_d*、i_q*表示d轴和q轴电流的参考值；ω为park变化中dq坐标系的旋转角速度(一般选取为电网的频率)；L为AC/DC变流器的电感值；e_d、e_q表示网侧的d轴和q轴电压；U_d、U_q为AC/DC变流器的d轴和q轴电压；SVPWM调制为空间矢量脉宽调制，将开关信号传递给开关管。

本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由其权利要求指出。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：由底层控制层根据多端口电力电子设备各端口的运行参数及母线电压对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制，并上传至中央管理层；

步骤2：由中央管理层根据各端口的运行参数进行剩余荷电容量SOC优化，并根据上层调度信息进行能量调度，然后向底层控制层下发指令来进行中央管理层能量协调控制；

步骤3：每隔一段时间Ts后，重复步骤1-2，实现多端口电力电子设备的稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤1具体实现方法为：按照负荷重要程度把交流负载和直流负载分为重要负载和不重要负载，并将各端口发出或吸收的功率、储能电池的剩余荷电容量SOC、各端口当前控制策略、并离网状态、不重要负载功率以及重要负载功率以及母线电压传到中央管理层，并根据上述参数对多端口电力电子设备进行底层控制层能量协调控制，通过不同的母线电压层级将多端口电力电子设备运行定义为5个模式。

3.根据权利要求2所述的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，所述5个模式为：

(1)能量平衡模式：此时直流母线电压U_dc满足0.975U_dc≤U_dc≤1.025U_dc，将储能电池设定为截止状态；当设备处在并网状态下，负载、光伏发电、风力发电、电网四者能量平衡，由光伏发电以及风力发电构成的分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由并网端口控制；当设备处在离网状态下，负载所需能量与分布式电源发电功率保持平衡提供，此时分布式电源工作在MPPT模式；

(2)储能吸能模式：此时直流母线电压U_dc满足1.025U_dc<U_dc<1.05U_dc，储能端口处于充电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，在光照以及风力较强或负载减少的情况下，负载功率低于分布式电源输出功率，此时储能电池有能力吸收能量进入到充电模式，此时，光伏电池工作在MPPT模式，分布式电源为储能电池恒压充电，在储能电池未达到过充状态时吸收剩余能量，直流母线电压由储能端口控制；

(3)储能放能模式：此时直流母线电压U_dc满足0.95U_dc<U_dc<0.975U_dc，储能端口处于放电状态，分布式电源工作在MPPT模式，直流母线电压由储能端口控制；当设备处在离网状态下，储能电池放电为荷端供能，维持电压稳定在一定的范围；分布式电源工作在MPPT模式，储能电池处于放电状态，且恒压维持母线电压稳定；

(4)能量过剩模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≥1.05U_dc,多余能量供给储能电池进入充电模式，储能电池处于空闲模式，此时，分布式电源先部分切换至恒压模式，降低分布式电源的输出功率，若仍不能有效稳定母线电压，则全部切换至恒压模式以保证系统的能量平衡，此时分布式电源对直流母线起主要控制作用；当设备处在离网状态下，分布式电源所能提供的能量能够满足负载所需要的能量，储能电池的容量已接近饱和处于空闲模式，此时，与并网状态下一样，分布式电源先部分再全部切换至恒压模式，保证系统的能量平衡，此时分布式电源对直流母线起主要控制作用；

(5)能量不足模式：此时直流母线电压U_dc满足U_dc≤0.95U_dc，此时设备处在并网或离网状态下，交流并网功率被限制在额定值或空闲模式，且储能电池没有能力进入放电模式，切除不重要负载，若进行切载后在一段时间过后仍不能稳定母线电压，则对设备进行停机处理。

4.如权利要求3所述的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤2具体包括：

通过中央管理层控制增加电池的储能保护模式，若储能电池SOC值介于30％与70％之间，储能电池处于正常工作状态，否则电池进入储能保护模式；

通过中央管理层控制增加调度模式，在接收到上层调度信息时，将调度功率转化为次重要负载，次重要负载的负载重要程度介于重要负载与不重要负载之间：在设备内功率充足时，满足设备内的重要负载、不重要负载以及次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不充足时，满足设备内的重要负载以及次重要负载的正常稳定运行；在设备内功率不足以满足调度任务时，上传无法完成调度任务信息，以满足设备内的重要负载正常稳定运行为主，退出中央管理层调度模式并恢复到底层控制层控制，待设备内功率充足且有调度任务时，重新进入调度模式。

5.根据权利要求4所述的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，所述多端口电力电子设备包含光伏、风电、储能、并网、交流负载和直流负载六个端口，六个端口共用一个直流母线，并行运行；光伏和风电端口通过Boost变换器连接直流母线；储能电池采用双向Buck/Boost变换器与直流母线相连；并网端口和交流负载采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连；直流负载采用Buck变换器与直流母线相连。

6.根据权利要求5所述的一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略，其特征在于，所述各个端口的变换器的控制方式如下：

(1)光伏及风电Boost变换器使得光伏及风电发电单元工作在最大功率点追踪、直流母线恒压控制两种工作模式下，其中大功率点追踪采用扰动观察法，直流母线恒压控制采用母线电压外环、电流内环的双环控制结构；

(2)储能双向Buck/Boost变换器在充电、放电和待机模式间自由切换，充放电过程中采用恒压限流控制方式，接口变换器采用电压电流双闭环控制，外环为母线电压，内环为储能电池电流，在外环输出加入限幅环节；

(3)并网三相AC/DC变流器采用基于前馈解耦的电压电流双闭环控制。

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