[发明专利]四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统，针对能量路由器的不同模态下发不同的变换器工作模式和控制指令，一定程度上缓解了能量路由器各端口之间因注入功率或端电压的波动所产生的相互影响，能够提高电网单元功率调度的响应速率和控制精度；通过模态划分，降低了储能电池的运行使用频率和单次使用时间，从而尽可能的保护电池寿命，这是单层直接控制所无法带来的。

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，特别是一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统。

背景技术

能源互联网对电力系统设备具有较高的要求，当前配电网中的设备不能满足其要求。传统的配电变压器空载损耗大，且不能有效隔离故障；无法主动治理电能质量问题并导致电能质量问题的扩散无法提供直流配用电功能；特别是无法应对大规模分布式电源的接入并进行有效管理，因此已无法适用于面向多种分布式能源接入的智能配电网。为解决这一问题，以电力电子技术为基础的能量路由器被提出。

目前，现有方法中针对能量路由器的模态划分，通常只是进行单一划分，存在以下缺陷：

(1)现有技术提出根据不同的功能场景或应用场景对能量路由器进行简单划分(孙利,陈武,蒋晓剑,等.能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制[J].电力系统自动化,2020)。事实上，由于分布式能源波动性较大，如季节性过载，昼夜波动大等不确定因素的影响，即使在相同的功能场景下，各变换器控制模式也是不同的。此外，由于电力电子变换器的无法避免的非线性特性，即使在相同场景下各变换器采用相同控制模式，也不能保证各变换器都稳定在吸引域中，因此必须根据实时的数据进行跟踪调节各变换器的指令值。

(2)在微电网中，可以通过直流母线的信号波动进行模态的划分和切换，通过母线波动间接反映各端口变换器的功率分布情况，从而实现不同模态之间的快速切换，但由于信号波动的阈值难以估计，该方法只能粗略反映能量路由器的，应当采集各底层变换器的功率分布进行更精确的控制，同时也为各变换器之间的稳定性提供数据基础(刘家赢,韩肖清,王磊,张鹏,王靖.直流微电网运行控制策略[J].电网技术,2014,38(09):2356-2362.)。

(3)在现有技术中，模态划分通常没有考虑储能电池的电量和荷电状态对整体系统的影响，实际应用中储能电池一般通过多个电池进行串联实现高电压输出，内部的荷电状态是不平衡的。同时，电池的充放电次数的较为有限的，因此，在模态划分中应当考虑储能的平均荷电状态SOC。

(4)在现有技术中，在模态划分下的指令计算，通常只是根据上层调度指令进行简单指令计算，如各端口之间的功率分配，该值通常是固定的，不仅可能导致功率分配的偏差，更有可能降低系统稳定性甚至导致系统失稳。有的文献提出下垂控制(王鹤.含多种分布式电源的微电网运行控制研究[D].华北电力大学,2014.)，对各变换器的功率分配进行修正，同时确保了直流母线的稳压，但该策略属于有差控制，只能在指定范围内维持电压和频率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法及系统，提高模态划分准确性，实现四端口能量路功率分配的动态调节。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种四端口能量路由器的多模态协同控制方法，包括：

模态1：当储能电池Soc≥N1，且光伏单元注入的功率P_pv＞P_pv^st时，储能单元采用空闲模式，光伏单元为CVC模式，电网单元为恒压模式，交流源单元为恒功率模式；当光伏单元注入的功率P_pv≤P_pv^st，或者检测出母线跌落电压达到kU₀时，将四端口能量路由器切换到模态3；其中P_pv^st为光伏单元在CVC模式下允许输出的最高功率，U₀为直流母线电压的参考设定值；k＝0.05～0.2；0.8≤N1≤0.9；