[發明專利]基于組件的分布式能源多模態控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201510909530.2
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105404176B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 房方;李昭;魏樂
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;華北電力大學蘇州研究院
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

基于組件的分布式能源多模態控制系統及其控制方法，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，本發明將分布式能源系統中包含的各類設備按區域或功能劃分為組件，以組件為基本元素，通過組件之間控制信息的交互及組件功能的重構，建立具有多模態特征的分布式能源系統的控制硬件網絡；在確定組件間的通訊方式并為組件提供模態映射、模態切換傳輸協議的基礎上，提供模態轉換的協同模態切換控制算法，以確定各組件的層級地位和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平衡。

技術領域

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

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：