基于组件的分布式能源多模态控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种基于组件的分布式能源多模态控制系统，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，所述人机接口单元 分别与所述模态切换策略模块和模态感知模块连接一端，所述模态切换策略模块和模态感 知模块的另一端均与所述模态优化调度模块连接，所述模态优化调度模块还与所述能源设 备模块一端连接，所述能源设备模块另一端与所述模态感知模块连接。
[0011] 进一步的，所述能源设备模块包括：模态切换控制组件与多个子能源设备模块，所 述子能源设备模块模块包括：能源设备组件、气象信息组件和状态信息组件，所述能源设备 组件分别与所述气象信息组件和状态信息组件的一端连接，所述模态切换控制组件一端与 所述模态优化调度模块连接，所述模态切换控制组件另一端分别与多个子能源设备模块中 的能源设备组件连接，多个所述气象信息组件和状态信息组件的另一端均与所述模态感知 模块连接。
[0012] 进一步的，所述模态感知模块包括：模态感知器和模态信息库单元，所述模态信息 库单元一端与所述人机接口单元连接，所述模态信息库单元另一端与所述模态感知器一端 连接，所述模态感知器另一端分别与所述模态优化调度模块、气象信息组件、状态信息组件 连接。
[0013] 进一步的，所述模态切换策略模块包括：模态切换策略编辑器和模态切换策略库 单元，所述模态切换策略编辑器一端与所述人机接口连接，所述模态切换策略编辑器另一 端与所述模态切换策略库单元一端连接，所述模态切换策略库单元另一端与所述模态优化 调度模块连接。
[0014] 进一步的，所述模态优化调度模块包括：模态优化调度器和模态调度性能计算机， 所述模态优化调度器分别与所述模态调度性能计算机、模态切换策略库单元、模态感知器、 模态切换控制组件连接。
[0015] -种基于上述的分布式能源多模态控制系统的控制方法，所述方法包括以下步 骤：
[0016] 步骤1 :建立能源设备模块网络；
[0017] 步骤2 :建立模态信息库；
[0018] 步骤3 :建立模态切换策略库；
[0019] 步骤4:优化调度策略；
[0020] 步骤5 :用户输入模态信息、模态控制策略及模态切换关系；
[0021 ] 步骤6 :生成/更新模态映射表；
[0022] 步骤7 :获取用户需求及实施模态信息，并判断是否为已知模态，是已知模态进行 步骤8,否则返回步骤5;
[0023] 步骤8 :检测模态是否发生改变，模态发生改变进行步骤9,否则各组件继续按照 当前模态运行；
[0024] 步骤9 :模态切换控制组件读取模态映射表，指导各组件进行模态切换；
[0025] 步骤10 :各组件进行模态切换，并计算切换过程的综合性能，更新状态映射表。
[0026] 进一步的，所述步骤2为：通过人机界面，将各预设模态信息及模态切换关系输入 模态感知模块，将分布式能源系统的多种模态信息及模态切换关系输入模态信息库单元。
[0027] 进一步的，所述步骤3为：将步骤2中各模态的多种调度策略输入模态切换策略编 辑器，同时预设出各调度策略对应的性能指标参数，形成完整的模态调度策略映射表，存储 在模态切换策略库中，各模态的调度策略包括：模态切换时各子能源设备模块的连接方式、 模态切换时各子能源设备模块的切换时序、不同负载功耗情况下蓄电池和电网提供电能比 例关系。
[0028] 进一步的，所述步骤4为：模态优化调度器根据实时模态信息，在模态切换策略库 单元中选取目标模态下综合性能最优的调度策略，传输至模态切换控制组件，模态切换控 制组件根据最优调度策略中的能源设备组件连接方式及切换时序，对参与切换的能源设备 组件进行调度，所述模态优化调度模块的系统性能数据包括：
[0029] 模态切换请求阶段所需时间：!\=ts+Σ(tR+tc+tM);
[0030] 模态切换询问阶段所需时间：Τ2=Σ(tftM) +Σt0;
[0031] 模态切