[发明专利]基于组件的分布式能源多模态控制系统及其控制方法

说明书

基于组件的分布式能源多模态控制系统及其控制方法，所述控制系统包括：人机接口单元、能源设备模块、模态感知模块、模态切换策略模块和模态优化调度模块，本发明将分布式能源系统中包含的各类设备按区域或功能划分为组件，以组件为基本元素，通过组件之间控制信息的交互及组件功能的重构，建立具有多模态特征的分布式能源系统的控制硬件网络；在确定组件间的通讯方式并为组件提供模态映射、模态切换传输协议的基础上，提供模态转换的协同模态切换控制算法，以确定各组件的层级地位和对切换指令的响应方式，使各组件自发地形成模态转换所需的有序结构；通过模态优化调度，结合模态转换的平滑性指标，达到模态平滑转换与缩短模态转换时间之间平衡。

技术领域

本发明属于分布式能源运行控制技术领域，具体涉及一种基于组件的分布式能源多模态控制系统及其控制方法。

背景技术

分布式能源系统中存在着许多控制难题。从控制理论与技术的角度，往往把这些难题归因于被控对象的内在特性，如时滞、非线性、参数摄动、通讯受限等。近年来，针对上述某个或某些特性展开的研究非常活跃，仿真及实验测试结果也能够验证这些研究成果的有效性。但是，在实际生产流程中，控制领域新理论和新方法的应用却不尽如人意。究其原因，一方面，复杂理论与方法的实施成本、与工业控制设备的兼容性、以及工程实施方案的缺失是重要的制约因素；另一方面，针对被控对象内在特性的研究成果往往只能解决特定工况的局部优化控制问题，而分布式能源系统中广泛存在的多种运行模态(Multi-mode)间的随机转换则是亟待解决的全局性控制难题。

分布式能源系统结构复杂，各个设备在不同工况下存在多种运行模态。以分布式风光互补能源系统为例，根据风能P、太阳能W的输入情况以及负载B的接入情况可以分为8种运行模态。

分布式风光互补能源系统具有以下多模态特性：(1)模态转换是系统层面的问题，相关设备功能及运行方式的改变具有关联性；(2)系统的运行模态及其主要组成设备的状态会根据工况和应用需求频繁转换；(3)模态转换的方向和时机具有随机性和不确定性；(4)模态转换需满足严格的相邻转换条件，且须遵守运行规程和相应的时序关系；(5)模态转换时会对系统运行的稳定性和主要设备的安全运行产生影响；(6)模态转换时往往需要大量的人工干预，自动控制系统的适应性差、投入率低。

对于复杂能源转换系统而言，模态切换往往具有双重随机性：既有来自能源供应侧的随机性，还有来自能源需求侧的随机性。如在上述风光互补发电系统中，风能P(供应侧)、太阳能W(供应侧)和负载B(需求侧)的随机变化正体现了这种双随机性的存在，此时即使有气象预报和负荷预测也很难为模态转换过程的平稳性和快速性提供足够的支持。

多模态过程控制属于系统层面的全局性控制问题，传统控制策略(PID控制、自适应控制、鲁棒控制等)往往难以满足控制要求，其原因可归纳为：(1)传统控制策略中采用的数学模型多基于对象内在特性建立，这类模型通常以集总参数方式建立，无法有效感知和表达系统运行模态的转换；(2)传统控制策略的设计通常是针对局部对象的动静态性能而非系统模态变换的平稳性和快速性，更侧重于偏差的快速消除，而不关注控制时序的调整；(3)各关键设备(主要被控对象)自身对于模态的转换是被动适应的，各设备之间缺乏必要的信息交互，协同性和自组织能力差。

发明内容

针对上述背景技术中提到的分布式能源系统的多模态运行特性带来的控制问题，本发明提供了一种基于组件的分布式能源多模态控制系统及其控制方法。

本发明从系统层面，将分布式能源系统中包含的各类设备按区域和功能划分为“组件”，以组件为基本元素建立具有层次结构的组件网络，可实现组件之间信息的交互及功能的重构；在确定组件间通讯方式的基础上，提供适应模态转换的切换控制算法，用以确定各组件对切换指令的响应方式，使各组件自发地形成模态转换所需的有序结构；通过模态优化调度，结合模态转换的平滑性指标，达到模态平滑转换与缩短模态转换时间之间的平衡。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：