基于組件的分布式能源多模態控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于分布式能源運行控制技術領域，具體涉及一種基于組件的分布式能源 多模態控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 分布式能源系統中存在著許多控制難題。從控制理論與技術的角度，往往把這些 難題歸因于被控對象的內在特性，如時滯、非線性、參數攝動、通訊受限等。近年來，針對上 述某個或某些特性展開的研究非常活躍，仿真及實驗測試結果也能夠驗證這些研究成果的 有效性。但是，在實際生產流程中，控制領域新理論和新方法的應用卻不盡如人意。究其 原因，一方面，復雜理論與方法的實施成本、與工業控制設備的兼容性、以及工程實施方案 的缺失是重要的制約因素；另一方面，針對被控對象內在特性的研究成果往往只能解決特 定工況的局部優化控制問題，而分布式能源系統中廣泛存在的多種運行模態（Multi-mode) 間的隨機轉換則是亟待解決的全局性控制難題。
[0003] 分布式能源系統結構復雜，各個設備在不同工況下存在多種運行模態。以分布式 風光互補能源系統為例，根據風能P、太陽能W的輸入情況以及負載B的接入情況可以分為 8種運行模態。
[0004] 分布式風光互補能源系統具有以下多模態特性：（1)模態轉換是系統層面的問 題，相關設備功能及運行方式的改變具有關聯性；（2)系統的運行模態及其主要組成設備 的狀態會根據工況和應用需求頻繁轉換；（3)模態轉換的方向和時機具有隨機性和不確定 性；(4)模態轉換需滿足嚴格的相鄰轉換條件，且須遵守運行規程和相應的時序關系；（5) 模態轉換時會對系統運行的穩定性和主要設備的安全運行產生影響；(6)模態轉換時往往 需要大量的人工干預，自動控制系統的適應性差、投入率低。
[0005] 對于復雜能源轉換系統而言，模態切換往往具有雙重隨機性：既有來自能源供應 側的隨機性，還有來自能源需求側的隨機性。如在上述風光互補發電系統中，風能P(供應 側）、太陽能W(供應側）和負載B(需求側）的隨機變化正體現了這種雙隨機性的存在，此 時即使有氣象預報和負荷預測也很難為模態轉換過程的平穩性和快速性提供足夠的支持。
[0006] 多模態過程控制屬于系統層面的全局性控制問題，傳統控制策略（PID控制、自適 應控制、魯棒控制等）往往難以滿足控制要求，其原因可歸納為：（1)傳統控制策略中采用 的數學模型多基于對象內在特性建立，這類模型通常以集總參數方式建立，無法有效感知 和表達系統運行模態的轉換；（2)傳統控制策略的設計通常是針對局部對象的動靜態性能 而非系統模態變換的平穩性和快速性，更側重于偏差的快速消除，而不關注控制時序的調 整；（3)各關鍵設備（主要被控對象）自身對于模態的轉換是被動適應的，各設備之間缺乏 必要的信息交互，協同性和自組織能力差。
【發明內容】
[0007] 針對上述【背景技術】中提到的分布式能源系統的多模態運行特性帶來的控制問題， 本發明提供了一種基于組件的分布式能源多模態控制系統及其控制方法。
[0008] 本發明從系統層面，將分布式能源系統中包含的各類設備按區域和功能劃分為 "組件"，以組件為基本元素建立具有層次結構的組件網絡，可實現組件之間信息的交互及 功能的重構；在確定組件間通訊方式的基礎上，提供適應模態轉換的切換控制算法，用以確 定各組件對切換指令的響應方式，使各組件自發地形成模態轉換所需的有序結構；通過模 態優化調度，結合模態轉換的平滑性指標，達到模態平滑轉換與縮短模態轉換時間之間的 平衡。
[0009] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0010] 一種基于組件的分布式能源多模態控制系統，所述控制系統包括：人機接口單元、 能源設備模塊、模態感知模塊、模態切換策略模塊和模態優化調度模塊，所述人機接口單元 分別與所述模態切換策略模塊和模態感知模塊連接一端，所述模態切換策略模塊和模態感 知模塊的另一端均與所述模態優化調度模塊連接，所述模態優化調度模塊還與所述能源設 備模塊一端連接，所述能源設備模塊另一端與所述模態感知模塊連接。
[0011] 進一步的，所述能源設備模塊包括：模態切換控制組件與多個子能源設備模塊，所 述子能源設備模塊模塊包括：能源設備組件、氣象信息組件和狀態信息組件，所述能源設備 組件分別與所述氣象信息組件和狀態信息組件的一端連接，所述模態切換控制組件一端與 所述模態優化調度模塊連接，所述模態切換控制組件另一端分別與多個子能源設備模塊中 的能源設備組件連接，多個所述氣象信息組件和狀態信息組件的另一端均與所述模態感知 模塊連接。
[0012] 進一步的，所述模態感知模塊包括：模態感知器和模態信息庫單元，所述模態信息 庫單元一端與所述人機接口單元連接，所述模態信息庫單元另一端與所述模態感知器一端 連接，所述模態感知器另一端分別與所述模態優化調度模塊、氣象信息組件、狀態信息組件 連接。
[0013] 進一步的，所述模態切換策略模塊包括：模態切換策略編輯器和模態切換策略庫 單元，所述模態切換策略編輯器一端與所述人機接口連接，所述模態切換策略編輯器另一 端與所述模態切換策略庫單元一端連接，所述模態切換策略庫單元另一端與所述模態優化 調度模塊連接。
[0014] 進一步的，所述模態優化調度模塊包括：模態優化調度器和模態調度性能計算機， 所述模態優化調度器分別與所述模態調度性能計算機、模態切換策略庫單元、模態感知器、 模態切換控制組件連接。
[0015] -種基于上述的分布式能源多模態控制系統的控制方法，所述方法包括以下步 驟：
[0016] 步驟1 :建立能源設備模塊網絡；
[0017] 步驟2 :建立模態信息庫；
[0018] 步驟3 :建立模態切換策略庫；
[0019] 步驟4:優化調度策略；
[0020] 步驟5 :用戶輸入模態信息、模態控制策略及模態切換關系；
[0021 ] 步驟6 :生成/更新模態映射表；
[0022] 步驟7 :獲取用戶需求及實施模態信息，并判斷是否為已知模態，是已知模態進行 步驟8,否則返回步驟5;
[0023] 步驟8 :檢測模態是否發生改變，模態發生改變進行步驟9,否則各組件繼續按照 當前模態運行；
[0024] 步驟9 :模態切換控制組件讀取模態映射表，指導各組件進行模態切換；
[0025] 步驟10 :各組件進行模態切換，并計算切換過程的綜合性能，更新狀態映射表。
[0026] 進一步的，所述步驟2為：通過人機界面，將各預設模態信息及模態切換關系輸入 模態感知模塊，將分布式能源系統的多種模態信息及模態切換關系輸入模態信息庫單元。
[0027] 進一步的，所述步驟3為：將步驟2中各模態的多種調度策略輸入模態切換策略編 輯器，同時預設出各調度策略對應的性能指標參數，形成完整的模態調度策略映射表，存儲 在模態切換策略庫中，各模態的調度策略包括：模態切換時各子能源設備模塊的連接方式、 模態切換時各子能源設備模塊的切換時序、不同負載功耗情況下蓄電池和電網提供電能比 例關系。
[0028] 進一步的，所述步驟4為：模態優化調度器根據實時模態信息，在模態切換策略庫 單元中選取目標模態下綜合性能最優的調度策略，傳輸至模態切換控制組件，模態切換控 制組件根據最優調度策略中的能源設備組件連接方式及切換時序，對參與切換的能源設備 組件進行調度，所述模態優化調度模塊的系統性能數據包括：
[0029] 模態切換請求階段所需時間：!\=ts+Σ(tR+tc+tM);
[0030] 模態切換詢問階段所需時間：Τ2=Σ(tftM) +Σt0;
[0031] 模態切