CN117200167A - 一种直流环网的能量管理控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流环网的能量管理控制系统，涉及微电网技术领域，该能量管理控制系统中的数据采集模块不仅能够获取直流环网中各个通断控制器的开合状态以确定直流环网的拓扑信息，还能获取直流环网的运行工况数据，自治调度模块根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率，并按照各个电源的目标输出功率调节直流环网中各个电源的输出功率，即可协调直流环网连接的各电源的功率出力分配，该能量管理控制系统有助于提高直流环网的运行效率和保护电源稳定性和可靠性。

Description

一种直流环网的能量管理控制系统

技术领域

本申请涉及微电网技术领域，尤其是一种直流环网的能量管理控制系统。

背景技术

在政府的大力推动和支持下，大量的新能源以分布式电源的形式接入微电网，由于这些新能源具有典型的间歇性与随机性等特点，再加上大量储能装置、可变负荷的接入，传统微电网的结构、运行方式、装置装备、保护技术等均已无法满足大规模消纳新能源和高效服务用户的要求。因此，微电网能量管理控制成为了提高微电网运行可靠性和经济性的关键技术之一。

在微电网的研究中，直流环网占据重要地位，直流环网在变电站中地位突出，是二次设备的供电系统，直流环网的运行可靠性直接影响整个变电站二次设备的安全运行。但是直流环网涉及诸多电力电子变换器，且接入的分布式电源存在容量小、数量多的特点，直流环网的拓扑结构也不同于传统的辐射状网络和集中式电源结构，这些都加大了直流环网的能量管理控制难度，影响直流环网的运行效率和可靠性。

发明内容

本申请针对上述问题及技术需求，提出了一种直流环网的能量管理控制系统，本申请的技术方案如下：

一种直流环网的能量管理控制系统，该能量管理控制系统包括数据采集模块和自治调度模块；

数据采集模块，用于读取直流环网中各个通断控制器的开合状态以确定直流环网的拓扑信息，以及，用于获取直流环网的运行工况数据；直流环网中的通断控制器包括各条线路上的断路器以及各个母线节点与对应负载之间的负载接触器，直流环网的拓扑信息用于指示直流环网中各条线路的通断状态以及各个负载的接入情况；

自治调度模块，用于根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率，并按照各个电源的目标输出功率调节直流环网中各个电源的输出功率；调度目标函数包括功率差计算项和线损计算项，功率差计算项用于计算直流环网中各个电源的输出功率之间的差值，线损计算项用于计算直流环网在当前拓扑信息下的线路损耗。

其进一步的技术方案为，调度目标函数为：

其中，ω₁为功率差计算项的权重参数，ω₂为线损计算项的权重参数；Ω_dy为直流环网中所有电源构成的集合，P_{k_dy}为直流环网中任意电源k的输出功率，/>为直流环网中所有电源的输出功率平均值；α_ij为根据直流环网的拓扑信息确定的母线节点i和母线节点j之间的线路ij的通断状态，当线路ij导通时α_ij＝1，当线路ij断开时α_ij＝0，Ω_line为直流环网中所有线路构成的集合；U_i为母线节点i的节点电压，U_j为母线节点j的节点电压，Ω_bus为直流环网中所有母线节点构成的集合，I_ij为线路ij的电流，P_{k_dy}、U_i、U_j、I_ij均包含在数据采集模块读取到的直流环网的运行工况数据中。

其进一步的技术方案为，自治调度模块执行的方法还包括：

当确定直流环网中的电源均接入且电源的最大输出功率大于负载所需功率时，执行在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率的步骤；否则将接入的电源的电压设置为额定值，并在确定电源的最大输出功率仍未大于负载所需功率时确定直流环网存在功率不平衡故障。

其进一步的技术方案为，能量管理控制系统还包括故障重构模块；

故障重构模块，用于在根据数据采集模块采集到的数据确定直流环网出现故障时，确定专家库中存储的与故障对应的重构方案，按照重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态；

其中，专家库中存储有不同类型的故障各自对应的重构方案。

5、根据权利要求4的能量管理控制系统，其特征在于，

故障重构模块，还用于在专家库中不存在与故障对应的重构方案时，根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得重构目标函数达到最小值的重构方案，按照重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态；

其中，重构目标函数包括操作开关数项和负载优先级项，操作开关数项用于表示重构方案指示的改变开合状态的通断控制器的数量，负载优先级项用于重构方案指示的对直流环网中负载供电的恢复情况，重构方案越优先对直流环网中优先级高的负载供电、对应的负载优先级项取值越小。

其进一步的技术方案为，重构目标函数为：

其中，ω₃是操作开关数项的权重参数，ω₄是负载优先级项的权重参数；α_s是直流环网中任意通断控制器s的开合状态，α_s＝1指示通断控制器s闭合，α_s＝0指示通断控制器s断开；α′_s是重构方案指示的通断控制器s的目标开合状态，α′_s＝1指示通断控制器s的目标开合状态为闭合，α′_s＝0指示通断控制器s的目标开合状态为断开；Ω_switch是直流环网中所有通断控制器构成的集合，N_switch是直流环网包含的通断控制器的总个数；

L_r是直流环网中任意负载r的优先级，P_{r_load}是负载r在直流环网出现故障之前所需的负载功率，P′_{r_load}是负载r的实际的负载功率，Ω_load是直流环网中所有负载构成的集合。

其进一步的技术方案为，系统约束条件包括：

(1)潮流约束，包括功率平衡母线节点的潮流约束和恒压母线节点的潮流约束；当任意母线节点i连接处于恒压状态的电源时，确定母线节点i属于恒压母线节点且满足的恒压母线节点的潮流约束为U_i-U_dyx_i)＝0，U_i为母线节点i的节点电压，U_dy(i)为母线节点i连接的处于恒压状态的电源的电源电压；否则确定母线节点i属于功率平衡母线节点且满足的功率平衡母线节点的潮流约束为其中，P_dy(i)为母线节点i连接的电源的输出功率，P_{r_load}为母线节点i连接的负载r的的负载功率，α_ij为根据直流环网的拓扑信息确定的母线节点i和母线节点j之间的线路ij的通断状态，当线路ij导通时α_ij＝1，当线路ij断开时α_ij＝0，Ω_line为直流环网中所有线路构成的集合，U_i为母线节点i的节点电压，U_j为母线节点j的节点电压，Ω_bus为直流环网中所有母线节点构成的集合，I_ij为线路ij的电流，U_dy(i)、P_load(i)、U_i、I_ij均包含在数据采集模块读取到的直流环网的运行工况数据中；

(2)线路电流约束，用于约束直流环网中任意线路ij的电流I_ij在线路ij的电流允许范围内；

(3)电源输出功率约束，用于约束直流环网中任意电源k的输出功率P_{k_dy}不超过电源k的最大输出功率；

(4)节点电压约束，用于约束直流环网中任意母线节点i的节点电压U_i在母线节点i的电压允许范围内。

其进一步的技术方案为，能量管理控制系统还包括状态分析模块和断路器整定模块；

状态分析模块，用于根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据计算得到直流环网中各个主母线节点的正负极短路电流以及各条联络线的正负极短路电流，联络线是直流环网中连接在不同主母线节点之间的线路；

断路器整定模块，用于根据各个主母线节点的正负极短路电流以及各条联络线的正负极短路电流对直流环网中各个断路器进行瞬时电流值整定和短延时时间整定；每个断路器的瞬时电流值整定值为断路器接入的当前主母线节点的正负极短路电流、当前主母线节点连接的联络线的正负极短路电流以及当前主母线节点通过联络线所连接的相邻的主母线节点的正负极短路电流中的最小值；每个主母线节点连接的线路上的断路器的短延时时间整定值与当前主母线节点沿着所连接的联络线在开环运行时的电流方向与电源之间的距离相关，主母线节点与电源之间的距离越近，主母线节点所连接的线路上的断路器的短延时时间整定值越小。

其进一步的技术方案为，状态分析模块计算得到直流环网中各个主母线节点的直流短路电流和各条联络线的直流短路电流方法包括：

根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据建立潮流方程并进行求解，得到直流环网中各个母线节点的节点电压；

根据各个母线节点的节点电压计算各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流，其中，支路母线节点和支路线路为直流线路或交流线路，直流线路的短路电流为直流短路电流，直流短路电流包括正负极短路电流和接地短路电流，交流线路的短路电流为交流短路电流，交流短路电流包括三相短路、两相相间短路与单相接地短路电流；支路母线节点是以主母线为起点的下级母线节点，支路线路是主母线节点与支路母线节点之间的线路；

根据各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流，建立在各个主母线节点和各条联络线短路情况下的潮流方程并进行求解，得到各个主母线节点的直流短路电流和各条联络线的直流短路电流。

其进一步的技术方案为，能量管理控制系统还包括人机交互模块；

人机交互模块，用于显示直流环网的拓扑信息、运行工况数据、自治调度模块确定的各个电源的目标输出功率、直流环网出现的故障以及故障重构模块确定的重构方案。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种直流环网的能量管理控制系统，该能量管理控制系统利用数据采集模块获取直流环网在运行过程的各项数据，自治调度模块结合这些数据能够实现自治调度，从而协调直流环网连接的各电源的功率出力分配，有助于提高直流环网的运行效率和保护电源稳定性和可靠性。

该能量管理控制系统还包括故障重构模块，能够在直流环网发生故障时及时进行故障重构而改变直流环网的拓扑结构，从而在保证供电可靠性的基础上，使得直流环网的供电效率最高以及经济效益最优。故障重构模块加入专家库系统，使故障重构响应速度在30ms以内，当出现专家库中不出在的故障时，通过构建的重构目标函数也可以得到使得操作的通断控制器的数量尽量少以及尽可能恢复优先级高的负载供电为目标的重构方案，故障重构模块能够处理多种故障类型的故障，进一步提高直流环网系统的运行可靠性与稳定性。

状态分析模块和断路器整定模块能够在不同运行工况下实时计算短路电流值并依据此对断路器进行整定，有效提高直流环网系统的故障切除能力，保证系统可靠运行。

附图说明

图1是本申请一个实施例的能量管理控制系统的系统结构图。

图2是一个实例中的直流环网的拓扑结构示意图。

图3是本申请一个实施例中的自治调度模块执行的方法的方法流程图。

图4是本申请一个实施例中的故障重构模块的执行的方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种直流环网的能量管理控制系统，请参考图1所示的系统结构图，该能量管理控制系统包括如下一些模块：

1、数据采集模块。

数据采集模块用于获取直流环网在运行过程的各项数据，为该能量管理控制系统实现能量管理控制提供数据基础。

数据采集模块用于读取直流环网中各个通断控制器的开合状态以确定直流环网的拓扑信息。请参考图2所示的直流环网的拓扑结构示意图，直流环网包括多个电源构成多组独立的直流电压系统，这多组直流电压系统电气连接形成环网结构，比较典型的如图2所示，直流环网包括两个电源V1和V2。

直流环网中包括若干个母线节点和若干条线路，直流环网中的母线节点包括主母线节点和支路母线节点，直流环网中的线路包括联络线和支路线路。主母线节点之间通过联络线相连以形成环网主架，直流环网中的多个电源均连接环网主架。以每个主母线节点为起点分别通过不同的支路线路连接不同的支路母线节点，形成该主母线节点的呈辐射状的下级母线节点。比如在图2中，节点1、2、3和4均为主母线节点，节点5、6、7、8、9、10和11均为支路母线节点。线路31、32、41和42均为联络线，线路15、16、27、38、39、410和411均为支路线路。

直流环网中各个母线节点均可以连接对应的负载。直流环网中的主母线节点和联络线均为直流线路，从而连接直流负载。而支路母线节点和支路线路为直流线路或交流线路，从而相应连接直流负载或交流负载。比如在一个实例中，节点8为28V直流，节点9为380V交流。

直流环网中设置有若干个通断控制器，包括各条线路上的断路器以及各个母线节点与对应负载之间的负载接触器，如图2示出了各条线路上的接触器，但未示出各个母线节点与对应负载之间的负载接触器。当一条线路上的接触器闭合时，该线路导通，当该线路上的接触器断开时，该线路断开。当母线节点与一个负载之间的负载接触器闭合时，表示该负载接入该母线节点，当负载接触器断开时，表示该负载未接入该母线节点。

因此，读取直流环网中各个通断控制器的开合状态就能确定直流环网的拓扑信息，这里的直流环网的拓扑信息用于指示直流环网中各条线路的通断状态以及各个负载的接入情况。

实际运行时，直流环网中的通断控制器还包括每个电源与环网主架之间的电源接入开关，一个电源与环网主架之间的电源接入开关闭合时，表示该电源接入直流环网，当电源接入开关断开时，表示该电源未接入直流环网。所以直流环网的拓扑信息还用于指示直流环网中各个电源的接入情况。

数据采集模块还用于获取直流环网的运行工况数据，直流环网的运行工况数据包括直流环网中的母线节点、线路、负载、电源的运行工况数据，数据类型至少包括电压、电流和功率。

数据采集模块获取到的直流环网的运行工况数据中一部分是直接量测得到，另一部分通过转换计算得到。数据采集模块直接量测得到的运行工况数据包括各个母线节点的节点电压、各条线路的电流以及故障信息，故障信息包括各个母线节点的绝缘故障信息、各条线路的绝缘故障信息、各个母线节点的过载故障信息、各个负载的负载故障信息以及电源故障信息，绝缘故障信息通过绝缘监测仪即能确定，电源故障信息通过读取电源自带的电源保护装置即能得到。母线节点的过载故障信息通过比较母线节点的节点电压与电压允许范围比较得到，当一个母线节点的节点电压超出对应的电压允许范围时，确定存在母线节点过载故障。负载故障通过读取负载连接的负载接触器的跳闸信息即可确定，当检测到负载所连接的负载接触器发生跳闸时，确定该负载存在负载故障。

数据采集模块转换计算得到的直流环网的运行工况数据包括各个负载的负载功率、各条线路的线路损耗功率、母线节点过载故障以及负载故障。其中，任意负载r的负载功率P_{r_load}＝U_iI_ir，U_i是该负载r所接入的母线节点i的节点电压，I_ir是母线节点i流向该负载r的电流。任意线路ij的线路损耗功率P_{ij_loss}＝|(U_i-U_j)|I_ij，线路ij上的电流沿着母线节点i至母线节点j的方向且电流值为I_ij，母线节点i的节点电压为U_i，母线节点j的节点电压为U_j。

2、自治调度模块。

直流环网中分布式电源的接入虽然有助于提高直流环网的供电可靠性，但其容量小、数量多等特点加大了管理调度的难度，当区域间负载功率分布不均匀时，难以协调各电源的功率出力分配，长时运行易导致电源故障，本申请中的自治调度模块用于进行自治调度，以协调各电源的功率出力分配，有助于提高系统运行效率和保护电源稳定性。

自治调度模块用于根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率，并按照各个电源的目标输出功率调节直流环网中各个电源的输出功率。

构建的调度目标函数包括功率差计算项和线损计算项，功率差计算项用于计算直流环网中各个电源的输出功率之间的差值，线损计算项用于计算直流环网在当前拓扑信息下的线路损耗。构建的调度目标函数可以表示为：

其中，ω₁为功率差计算项的权重参数，ω₂为线损计算项的权重参数，且ω₁+ω₂＝1。

在功率差计算项中，Ω_dy为直流环网中所有电源构成的集合，P_{k_dy}为直流环网中任意电源k的输出功率，为直流环网中所有电源的输出功率平均值。

在线损计算项中，α_ij为根据直流环网的拓扑信息确定的母线节点i和母线节点j之间的线路ij的通断状态，当线路ij导通时α_ij＝1，当线路ij断开时α_ij＝0，Ω_line为直流环网中所有线路构成的集合。U_i为母线节点i的节点电压，U_j为母线节点j的节点电压，Ω_bus为直流环网中所有母线节点构成的集合，I_ij为线路ij的电流。如上，P_{k_dy}、U_i、U_j、I_ij均包含在数据采集模块读取到的直流环网的运行工况数据中。

系统约束条件包括如下四方面的约束：

(1)潮流约束，包括功率平衡母线节点的潮流约束和恒压母线节点的潮流约束。

当任意母线节点i连接处于恒压状态的电源时，确定母线节点i属于恒压母线节点且满足的恒压母线节点的潮流约束为U_i-U_dy(i)＝0，U_i为母线节点i的节点电压，U_dy(i)为母线节点i连接的处于恒压状态的电源的电源电压。

当任意母线节点i未连接处于恒压状态的电源时，确定母线节点i属于功率平衡母线节点且满足的功率平衡母线节点的潮流约束为其中，P_dy(i)为母线节点i连接的电源的输出功率，P_{r_load}为母线节点i连接的负载r的负载功率，其他参数的含义如上介绍。

(2)线路电流约束，用于约束直流环网中任意线路ij的电流L_ij在线路ij的电流允许范围内，可以表示为-I_{ij_max}≤I_ij≤I_{ij_max}，I_{ij_max}是线路ij允许传输的最大电流。

(3)电源输出功率约束，用于约束直流环网中任意电源k的输出功率P_{k_dy}不超过电源k的最大输出功率P_{k_max}，可以表示为P_{k_dy}≤P_{k_max}。

(4)节点电压约束，用于约束直流环网中任意母线节点i的节点电压U_i在母线节点i的电压允许范围内，可以表示为U_min≤U_i≤U_max，U_min是母线节点i允许的最小电压，U_max是母线节点i允许的最大电压。

在另一个实施例中，该自治调度模块并不是随时执行上述自治调度算法来确定各个电源的目标输出功率的，还包括如下判断过程，请参考图3所示的流程图，自治调度模块执行的方法包括：

首先根据数据采集模块获取到的故障信息检测直流环网是否出现故障，当直流环网出现故障时，不执行自治调度算法。当确定直流环网未出现故障且确定直流环网中的电源均接入且电源的最大输出功率大于负载所需功率时，按照本申请提供的自治调度算法来确定各个电源的目标输出功率。否则将接入的电源的电压设置为额定值，并在确定电源的最大输出功率仍未大于负载所需功率时，确定直流环网存在功率不平衡故障。

3、故障重构模块。

故障重构模块用于在根据数据采集模块采集到的数据确定直流环网出现故障时，控制改变直流环网的拓扑结构实现故障重构，从而在保证供电可靠性的基础上，使得直流环网的供电效率最高以及经济效益最优。

根据数据采集模块采集到的数据确定直流环网出现故障主要包括两种情况，一种是直接根据数据采集模块获取到的故障信息确定直流环网出现故障，故障类型包括上述介绍的各个母线节点的绝缘故障、各条线路的绝缘故障、各个母线节点的过载故障、各个负载的负载故障以及电源故障。另一种是自治调度模块确定的功率不平衡故障。

不管是直流环网出现哪种故障，故障重构模块执行的方法包括如下步骤，请参考图4所示的流程图：

首先遍历专家库，专家库是预先根据专家经验建立的数据库，专家库中存储有不同类型的故障各自对应的重构方案。确定专家库中存储的与故障对应的重构方案，按照重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态。

当专家库中不存在与当前的故障对应的重构方案时，根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得重构目标函数达到最小值的重构方案，按照重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态。

重构目标函数包括操作开关数项和负载优先级项，操作开关数项用于表示重构方案指示的改变开合状态的通断控制器的数量，负载优先级项用于重构方案指示的对直流环网中负载供电的恢复情况，重构方案越优先对直流环网中优先级高的负载供电、对应的负载优先级项取值越小。由此得到的重构方案是以操作的通断控制器的数量尽量少以及尽可能恢复优先级高的负载供电为目标的方案。构建的重构目标函数可以表示为：

其中，ω₃是操作开关数项的权重参数，ω₄是负载优先级项的权重参数，且ω₃+ω₄＝1。

在操作开关数项中，α_s是直流环网中任意通断控制器s的开合状态，α_s＝1指示通断控制器s闭合，α_s＝0指示通断控制器s断开；α′_s是重构方案指示的通断控制器s的目标开合状态，α′_s＝1指示通断控制器s的目标开合状态为闭合，α′_s＝0指示通断控制器s的目标开合状态为断开。Ω_switch是直流环网中所有通断控制器构成的集合，N_switch是直流环网包含的通断控制器的总个数。

在负载优先级项中，L_r是直流环网中任意负载r的优先级且是预先标定值。P_{r_load}是负载r在直流环网出现故障之前所需的负载功率，P′_{r_load}是负载r的实际的负载功率，Ω_load是直流环网中所有负载构成的集合。

在求解重构目标函数时使用到的系统约束条件与求解调度目标函数时的约束条件相同，该实施例不再赘述。

4、状态分析模块和断路器整定模块。

状态分析模块用于计算直流环网中各个母线节点以及各条线路的短路电流，包括：

(1)根据直流环网的拓扑信息以及运行工况数据建立潮流方程并进行求解，得到直流环网中各个母线节点的节点电压。

(2)根据各个母线节点的节点电压计算各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流。

如上，支路母线节点是以主母线为起点的下级母线节点，支路线路是主母线节点与支路母线节点之间的线路。支路母线节点和支路线路为直流线路或交流线路。对于直流线路，得到的短路电流为直流短路电流，直流短路电流包括正负极短路电流和接地短路电流。对于交流线路，得到的短路电流为交流短路电流，交流短路电流包括三相短路、两相相间短路与单相接地短路电流。

(3)根据各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流，建立在各个主母线节点和各条联络线短路情况下的潮流方程并进行求解，得到各个主母线节点的直流短路电流和各条联络线的直流短路电流。

断路器整定模块，断路器整定模块，用于根据各个主母线节点的正负极短路电流以及各条联络线的正负极短路电流对直流环网中各个断路器进行瞬时电流值整定和短延时时间整定，使得直流环网中的断路器都能根据瞬时电流值整定值和短延时时间整定值进行动作而实现继电保护。

瞬时电流值整定：每个断路器的瞬时电流值整定值为该断路器接入的当前主母线节点的正负极短路电流、当前主母线节点连接的联络线的正负极短路电流以及当前主母线节点通过联络线所连接的相邻的主母线节点的正负极短路电流中的最小值。

短延时时间整定：每个主母线节点连接的线路上的断路器的短延时时间整定值与当前主母线节点沿着所连接的联络线在开环运行时的电流方向与电源之间的距离相关，主母线节点与电源之间的距离越近，所述主母线节点所连接的线路上的断路器的短延时时间整定值越小。

比如对于图2的直流环网的拓扑结构，根据开环运行时联络线上的电流方向和电源位置将各区域内的母线节点分为1-3级：1级区域内的母线节点为最靠近电源的母线节点，其连接的线路上的断路器短延时时间整定值为100ms。2级区域内的母线节点为较远离电源的母线节点，其连接的线路上的断路器短延时时间整定值为200ms。3级区域内的母线节点为最远端的母线节点，其连接的线路上的断路器短延时时间整定值为300ms。

直流环网的环网状结构不同于传统的辐射状网络，在不同工况下会产生不同的线路上下级关系，且短路电流值也将随系统工况而变化，本申请通过状态分析模块和断路器整定模块，能够随直流环网的拓扑信息以及运行工况数据的变化而实时进行短路电流计算和断路器整定。

5、人机交互模块。

人机交互模块，用于显示直流环网的拓扑信息、运行工况数据、所述自治调度模块确定的各个电源的目标输出功率、直流环网出现的故障以及所述故障重构模块确定的重构方案，以及该能量管理控制系统在工作过程中的各类数据，方便进行可视化显示。能够完整、清晰得展示直流环网运行状态及算法结果等信息，极大方便工作人员对直流环网系统进行远程检测与控制。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流环网的能量管理控制系统，其特征在于，所述能量管理控制系统包括数据采集模块和自治调度模块；

所述数据采集模块，用于读取直流环网中各个通断控制器的开合状态以确定直流环网的拓扑信息，以及，用于获取直流环网的运行工况数据；直流环网中的通断控制器包括各条线路上的断路器以及各个母线节点与对应负载之间的负载接触器，直流环网的拓扑信息用于指示直流环网中各条线路的通断状态以及各个负载的接入情况；

所述自治调度模块，用于根据所述直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率，并按照各个电源的目标输出功率调节直流环网中各个电源的输出功率；所述调度目标函数包括功率差计算项和线损计算项，所述功率差计算项用于计算直流环网中各个电源的输出功率之间的差值，所述线损计算项用于计算直流环网在当前拓扑信息下的线路损耗。

2.根据权利要求1所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述调度目标函数为：

其中，ω₁为功率差计算项的权重参数，ω₂为线损计算项的权重参数；Ω_dy为直流环网中所有电源构成的集合，P_{k_dy}为直流环网中任意电源k的输出功率，/>为直流环网中所有电源的输出功率平均值；α_ij为根据直流环网的拓扑信息确定的母线节点i和母线节点j之间的线路ij的通断状态，当线路ij导通时α_ij＝1，当线路ij断开时α_ij＝0，Ω_line为直流环网中所有线路构成的集合；U_i为母线节点i的节点电压，U_j为母线节点j的节点电压，Ω_bus为直流环网中所有母线节点构成的集合，I_ij为线路ij的电流，P_{k_dy}、U_i、U_j、I_ij均包含在所述数据采集模块读取到的直流环网的运行工况数据中。

3.根据权利要求1所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述自治调度模块执行的方法还包括：

当确定直流环网中的电源均接入且电源的最大输出功率大于负载所需功率时，执行所述在系统约束条件下求解使得调度目标函数达到最小值时的各个电源的目标输出功率的步骤；否则将接入的电源的电压设置为额定值，并在确定电源的最大输出功率仍未大于负载所需功率时确定直流环网存在功率不平衡故障。

4.根据权利要求1所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述能量管理控制系统还包括故障重构模块；

所述故障重构模块，用于在根据所述数据采集模块采集到的数据确定直流环网出现故障时，确定专家库中存储的与所述故障对应的重构方案，按照所述重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态；

其中，所述专家库中存储有不同类型的故障各自对应的重构方案。

5.根据权利要求4所述的能量管理控制系统，其特征在于，

所述故障重构模块，还用于在所述专家库中不存在与所述故障对应的重构方案时，根据所述直流环网的拓扑信息以及运行工况数据，在所述系统约束条件下求解使得重构目标函数达到最小值的重构方案，按照所述重构方案指示的各个通断控制器的目标开合状态调节直流环网中各个通断控制器的开合状态；

其中，所述重构目标函数包括操作开关数项和负载优先级项，所述操作开关数项用于表示所述重构方案指示的改变开合状态的通断控制器的数量，所述负载优先级项用于所述重构方案指示的对直流环网中负载供电的恢复情况，所述重构方案越优先对直流环网中优先级高的负载供电、对应的负载优先级项取值越小。

6.根据权利要求5所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述重构目标函数为：

其中，ω₃是操作开关数项的权重参数，ω₄是负载优先级项/>的权重参数；α_s是直流环网中任意通断控制器s的开合状态，α_s＝1指示通断控制器s闭合，α_s＝0指示通断控制器s断开；α′_s是所述重构方案指示的通断控制器s的目标开合状态，α′_s＝1指示通断控制器s的目标开合状态为闭合，α′_s＝0指示通断控制器s的目标开合状态为断开；Ω_switch是直流环网中所有通断控制器构成的集合，N_switch是直流环网包含的通断控制器的总个数；

L_r是直流环网中任意负载r的优先级，P_{r_load}是负载r在直流环网出现故障之前所需的负载功率，P′_{r_load}是负载r的实际的负载功率，Ω_load是直流环网中所有负载构成的集合。

7.根据权利要求1所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述系统约束条件包括：

(1)潮流约束，包括功率平衡母线节点的潮流约束和恒压母线节点的潮流约束；当任意母线节点i连接处于恒压状态的电源时，确定母线节点i属于恒压母线节点且满足的恒压母线节点的潮流约束为U_i-U_dy(i)＝0，U_i为母线节点i的节点电压，U_dy(i)为母线节点i连接的处于恒压状态的电源的电源电压；否则确定母线节点i属于功率平衡母线节点且满足的功率平衡母线节点的潮流约束为其中，P_dy(i)为母线节点i连接的电源的输出功率，P_{r_load}为母线节点i连接的负载r的的负载功率，α_ij为根据直流环网的拓扑信息确定的母线节点i和母线节点j之间的线路ij的通断状态，当线路ij导通时α_ij＝1，当线路ij断开时α_ij＝0，Ω_line为直流环网中所有线路构成的集合，U_i为母线节点i的节点电压，U_j为母线节点j的节点电压，Ω_bus为直流环网中所有母线节点构成的集合，I_ij为线路ij的电流，U_dy(i)、P_load(i)、U_i、I_ij均包含在所述数据采集模块读取到的直流环网的运行工况数据中；

(2)线路电流约束，用于约束直流环网中任意线路ij的电流I_ij在线路ij的电流允许范围内；

(3)电源输出功率约束，用于约束直流环网中任意电源k的输出功率P_{k_dy}不超过所述电源k的最大输出功率；

(4)节点电压约束，用于约束直流环网中任意母线节点i的节点电压U_i在母线节点i的电压允许范围内。

8.根据权利要求1所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述能量管理控制系统还包括状态分析模块和断路器整定模块；

所述状态分析模块，用于根据所述直流环网的拓扑信息以及运行工况数据计算得到直流环网中各个主母线节点的正负极短路电流以及各条联络线的正负极短路电流，联络线是直流环网中连接在不同主母线节点之间的线路；

所述断路器整定模块，用于根据各个主母线节点的正负极短路电流以及各条联络线的正负极短路电流对直流环网中各个断路器进行瞬时电流值整定和短延时时间整定；每个断路器的瞬时电流值整定值为所述断路器接入的当前主母线节点的正负极短路电流、当前主母线节点连接的联络线的正负极短路电流以及当前主母线节点通过联络线所连接的相邻的主母线节点的正负极短路电流中的最小值；每个主母线节点连接的线路上的断路器的短延时时间整定值与当前主母线节点沿着所连接的联络线在开环运行时的电流方向与电源之间的距离相关，主母线节点与电源之间的距离越近，所述主母线节点所连接的线路上的断路器的短延时时间整定值越小。

9.根据权利要求8所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述状态分析模块计算得到直流环网中各个主母线节点的直流短路电流和各条联络线的直流短路电流方法包括：

根据所述直流环网的拓扑信息以及运行工况数据建立潮流方程并进行求解，得到直流环网中各个母线节点的节点电压；

根据各个母线节点的节点电压计算各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流，其中，支路母线节点和支路线路为直流线路或交流线路，直流线路的短路电流为直流短路电流，直流短路电流包括正负极短路电流和接地短路电流，交流线路的短路电流为交流短路电流，交流短路电流包括三相短路、两相相间短路与单相接地短路电流；支路母线节点是以主母线为起点的下级母线节点，支路线路是主母线节点与支路母线节点之间的线路；

根据各个支路母线节点的短路电流和各条支路线路的短路电流，建立在各个主母线节点和各条联络线短路情况下的潮流方程并进行求解，得到各个主母线节点的直流短路电流和各条联络线的直流短路电流。

10.根据权利要求4所述的能量管理控制系统，其特征在于，所述能量管理控制系统还包括人机交互模块；

所述人机交互模块，用于显示直流环网的拓扑信息、运行工况数据、所述自治调度模块确定的各个电源的目标输出功率、直流环网出现的故障以及所述故障重构模块确定的重构方案。