考虑风险敏感的能量路由器直流母线电压稳定性控制方法与流程

1.本发明涉及能源互联网领域，具体涉及考虑风险敏感的能量路由器直流母线电压稳定性控制方法。


背景技术：

2.在能源互联网的大背景下，能量路由器，也叫电能路由器，或者电能集线器，自从概念提出到原型机的出现，已经有近十年时间了。目前在科研界和产业界已有的能量路由器种类繁多，多是从电力电子固态变压器出发，针对各个电压等级和各种应用场景研究开发的。一种典型的能量路由器可以连接光伏、风机等可再生电源，可以连接储能设备，也可以连接各种负载。在能量和信息融合时，针对某些特殊的场景，如何做到针对所连接的储能模块设计控制策略，以确保在各种使用工况时，基于直流母线设计的能量路由器本身母线电压不会产生不稳定的波动，有待进一步研究。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供考虑风险敏感的能量路由器直流母线电压稳定性控制方法。
4.本发明采用如下的技术方案：
5.考虑风险敏感的能量路由器直流母线电压稳定性控制方法，包括以下步骤：
6.步骤1，采集所设定时间段内连接能量路由器的风机功率、连接能量路由器的负载功率以及连接能量路由器的储能动态功率；
7.步骤2，根据步骤1采集的数据构建风机出力功率变化模型、负载功率变化模型以及储能模块充放电功率变化模型；
8.步骤3，根据步骤2的模型构建能量路由器综合系统；
9.步骤4，构建基于风险敏感控制针对系统直流母线电压稳定的目标函数；
10.步骤5，结合步骤3与步骤4构建的能量路由器综合系统与目标函数，求取控制信号u(t)；
11.步骤6，将步骤5求取的控制信号u(t)输入至步骤2的储能模块充放电功率变化模型以实现控制，使得能量路由器内直流母线电压得到稳定。
12.在步骤2中，所述风机出力功率变化模型满足以下关系式：
13.dx1(t)＝a1x1(t)dt c1dw(t)
14.其中，a1为风机时间常数的倒数的负值，风机时间常数可以通过测量风机的电容与电阻后相乘得到；x1(t)表示风机功率随时间t的变化；w(t)为外部风量大小的随机变化，为一种布朗运动；c1为系统参数；c1dw(t)用于描述风机出力随时间的随机变化。
15.系统参数c1可以通过以下方法求取：
16.17.其中，s
wtg
表示风机功率常数；δp
wind
表示所设定时间段内实际风力变化。
18.在步骤2中，所述负载功率变化模型满足以下关系式：
19.dx2(t)＝a2x2(t)dt c2dw(t)
20.其中，a2为该负载时间常数的倒数的负值，通过测量该负载的电容与电阻后相乘得到；x2(t)表示负载功率随时间t的变化；c2为系统参数。
21.系统参数可以通过以下方法求取：
[0022][0023]
其中，s
load
表示负载功率常数；δp
load
表示所设定时间段内实际负载功率变化。
[0024]
在步骤2中，所述储能模块充放电功率变化模型满足以下关系式：
[0025]
dx3(t)＝[a3x3(t) b3u(t)]dt
[0026]
其中，a3为储能时间常数的倒数的负值，通过测量储能模块的电容与电阻后相乘得到；u(t)为对储能模块的控制信号，b3为控制信号大小权重系数；x3(t)为储能动态功率随时间t的变化，为矢量，即，当储能放电时，x3(t)为正值；当储能充电时，x3(t)为负值。
[0027]
在步骤3中，能量路由器综合系统满足以下关系式：
[0028]
x(t)＝[ax(t)
′
bu(t)]dt cdw(t)
[0029]
其中，x(t)表示能量路由器综合系统，为矢量，x(t)
′
＝[x1(t),x2(t),x3(t),δv(t0]
′
，矩阵a,b,c分别为第一系统系数、第二系统系数与第三系统系数，分别满足以下关系式：
[0030][0031][0032][0033]
其中，a1为风机时间常数的倒数的负值；a2为该负载时间常数的倒数的负值；a3为储能时间常数的倒数的负值；
[0034]
δv(t)表示能量路由器直流母线电压偏差；
[0035]
x1(t)表示风机功率随时间t的变化；x2(t)表示负载功率随时间x的变化；x3(x)为储能动态功率随时间t的变化。
[0036]
能量路由器直流母线电压偏差δv(t)满足以下关系式：
[0037]
dδv(t)＝-αδv(t) βδp(t)
[0038]
其中，α,β为系统参数，可以通过参数量测方法获取
[0039]
δp(t)表示能量路由器直流母线上的功率偏差。
[0040]
能量路由器直流母线上的功率偏差δp(t)满足以下关系式:
[0041]
x1(t)-x2(t) x3(t)＝δp(t)
[0042]
在步骤4中，所述基于风险敏感控制针对系统直流母线电压稳定的目标函数满足以下关系式：
[0043][0044]
其中，t表示所设定时间段的最终时刻；γ1、γ2分别指代终端目标v(t)2和过程目标的权重系数；v(t)表示能量路由器直流母线在t时刻的电压。
[0045]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明设计的方法在给定大量可再生电源与大量随机接入负荷的情况下，能量路由器可以有效控制所连接储能模块的充放电功率，保能量路由器本身母线电压稳定。
附图说明
[0046]
图1为本发明考虑的能量路由器拓扑示意图；
[0047]
图2为本发明的操作步骤示意图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0049]
本发明其所涉及的能量路由器拓扑示意图如图1所示；该能量路由器为一种低压侧基于直流母线设计的能量路由器，与风机、储能模块以及负载相连。考虑风险敏感的能量路由器直流母线电压稳定性控制方法的具体步骤示意图如图2所示，具体包括以下内容：
[0050]
步骤1，采集所设定时间段内连接能量路由器的风机功率、连接能量路由器的负载功率以及连接能量路由器的储能动态功率；
[0051]
步骤2，根据步骤1采集的数据构建风机出力功率变化模型、负载功率变化模型以及储能模块充放电功率变化模型；
[0052]
风机出力功率变化模型满足以下关系式：
[0053]
dx1(t)＝a1x1(t)dt c1dw(t)
[0054]
其中，α1为风机时间常数的倒数的负值；x1(t)表示风机功率随时间t的变化；w(t)为风量大小的随机变化，为一种布朗运动；c1为第一系统参数，可以通过参数测量的方法获取，也可以使用以下方法进行求取：
[0055][0056]
其中，s
wtg
表示风机功率常数，本领域的技术人员可以实际情况进行测量或设定，一般取0.8；δp
wind
表示所设定时间段内实际风力变化；
[0057]
c1dw(t)用于描述风机出力随时间的随机变化，这取决于外部风量大小的随机变化；
[0058]
负载功率变化模型满足以下关系式：
[0059]
dx2(t)＝a2x2(t)dt c2dw(t)
[0060]
其中，a2为该负载时间常数的倒数的负值，通过测量该负载的电容与电阻后相乘得到；x2(t)表示负载功率随时间t的变化；c2为第二系统参数，可以通过参数测量的方法获取，也可以使用以下方法进行求取：
[0061][0062]
其中，s
load
表示负载功率常数，本领域的技术人员可以实际情况进行测量或设定，一般取0.6；δp
load
表示所设定时间段内实际负载功率变化；
[0063]
储能模块充放电功率变化模型满足以下关系式：
[0064]
dx3(t)＝[a3x3(t) b3u(t)]dt
[0065]
其中，a3为储能时间常数的倒数的负值，通过测量储能模块的电容与电阻后相乘得到；u(t)为对储能模块的控制信号，b3为控制信号大小权重系数；
[0066]
x3(t)为储能动态功率随时间t的变化，为矢量，即，当储能放电时，x3(t)为正值；当储能充电时，x3(t)为负值。
[0067]
步骤3，根据步骤2的模型构建能量路由器综合系统；
[0068]
能量路由器综合系统满足以下关系式：
[0069]
x(t)＝[ax(t)
′
bu(t)]dt cdw(t)
[0070]
其中，x(t)表示能量路由器综合系统，为矢量，x(t)
′
＝[x1(t),x2(t),x3(t),δv(t)]，矩阵a,b,c分别为第一系统系数、第二系统系数与第三系统系数，分别满足以下关系式：
[0071][0072][0073][0074]
δv(t)表示能量路由器直流母线电压偏差，满足以下关系式：
[0075]
dδv(t)＝-αδv(t) βδp(t)
[0076]
其中，α,β为系统参数，α表示系统外部电压偏移，β表示系统内部电压偏移，可以通过量测获取；
[0077]
δp(t)表示能量路由器直流母线上的功率偏差，可以通过测量得到，也可以通过以下关系式进行求取:
[0078]
x1(t)-x2(t) x3(t)＝δp(t)
[0079]
步骤4，构建基于风险敏感控制针对系统直流母线电压稳定的目标函数；
[0080]
基于风险敏感控制针对系统直流母线电压稳定的目标函数满足以下关系式：
[0081][0082]
其中，t表示所设定时间段的最终时刻；γ1、γ2分别指代终端目标v(t)2和过程目标的权重系数，本领域的技术人员可以根据实际情况进行设定；v(t)表示能量路由器直流母线在t时刻的电压；
[0083]
步骤5，结合步骤3与步骤4构建的能量路由器综合系统与目标函数，求取控制信号u(t)；
[0084]
设定李雅普诺夫函数l＝x(t)
′
p(t)x(t)，通过随机分析中的伊藤引理针对此函数做转换，并代入步骤4的目标函数的指数项中，可以得到一个与x(t)和u(t)有关的二次项等式，并针对u(t)进行配方(completion of square)，可以得到最优控制策略u(t)＝kx(t)，其中k代表了和p(t)以及(5)-(6)中各参数相关的一个函数；
[0085]
上述过程会产生一个x2(t)项，根据最优控制理论，需要设置其为0，则可以得到一个黎卡提等式，即一个关于p(t)的函数。通过matlab可以直接高效求得黎卡提等式的解p(t)的值。将其代入u(t)＝kx(t)，即得到控制信号。
[0086]
步骤6，将步骤5求取的控制信号u(t)输入至步骤2的储能模块充放电功率变化模型以实现控制，使得能量路由器内直流母线电压得到稳定；
[0087]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。