一种集群化能源系统分布式协同控制方法技术方案

一种集群化能源系统分布式协同控制方法，所述方法包括步骤：获取集群化能源系统；获取所述集群化能源系统的建模模型；获取所述集群化能源系统的能量需求情况；获取所述集群化能源系统的能量供应情况；根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制。本申请提供的一种集群化能源系统分布式协同控制方法，可以实现集群化能源系统的功率平衡和储能均衡目标，以便控制策略有效应用及系统状态的实时观察，可应用于太阳能飞行器集群化能源系统的能量管理系统设计制造。系统设计制造。系统设计制造。

【技术实现步骤摘要】
一种集群化能源系统分布式协同控制方法


[0001]本专利技术属于太阳能飞行器
，具体涉及一种集群化能源系统分布式协同控制方法。

技术介绍

[0002]太阳能飞行器是使用太阳能作为能量来源的，可在高空长时连续飞行的无人驾驶飞机。随着我国国防事业发展的需要，我国开始大力开发太阳能飞行器，由于其飞行高度高，滞空时间长，成本低等优势，具有常规飞行器不可替代的优点，在军事侦察、巡逻预警、高空通信中继、环境监测、林区管理、科学研究等领域具有广阔的应用前景，是临近空间超长航时飞行器的一个重要发展方向。
[0003]能源系统是太阳能飞行器的“心脏”，是保障其高效运行、充分发挥其功能的基础。因此，能源系统的性能是维持太阳能飞行器长期可靠发挥效力的一个关键因素。太阳能飞行器利用太阳能提供能源，锂离子电池等二次电池存储电能，多组电机螺旋桨进行推进，可以实现飞行器的长航时高空飞行。
[0004]飞行器能源系统需要兼顾功率平衡、储能均衡的要求。功率平衡是指能源系统输出功率等于系统需用功率，储能均衡是指系统中的储能单元能够同时充满、同时放空。实际的飞行器能源系统研究需要重视环境因素复杂多变、负载特性多种多样等因素。因此，电源系统设计需要兼顾功率平衡、储能均衡两个目标，能够实时根据环境变化随时调整储能单元的充放电策略，满足不同用电单元的需求，最大限度地提高放电深度。
[0005]现有太阳能飞行器能源系统的典型结构照搬地面电网的集中式能源系统结构，虽然技术成熟但缺乏灵活性，受飞行器自身特性影响，光伏效率将受到很大影响，电池的状况难以感知和调节，能源系统体积和重量难以适应飞行器的安装应用条件。为了克服集中式能源系统的弱点，可以将光伏元件、储能单元分组由多个微型变流器进行控制，由此演变出集群化能源系统。集群化能源系统将光伏阵列、电池阵列分别分为若干子模块，以光伏电池子模块、储能单元子模块构成能源子系统，通过功率输出控制模组与母线相连。由于子系统母线电压较低，可灵活设计能源系统拓扑，形成多种电压等级共存的多母线结构，方便形式多样的载荷接入。
[0006]能源系统结构的模块化和集群化在能量效率、比功率设计等方面都带来巨大的提升，但随之会引入协同控制的问题，如何通过有效的控制手段将大量电源子模块协调起来成为目前的主要问题。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种集群化能源系统分布式协同控制方法，所述方法包括步骤：
[0008]获取集群化能源系统；
[0009]获取所述集群化能源系统的建模模型；
[0010]获取所述集群化能源系统的能量需求情况；
[0011]获取所述集群化能源系统的能量供应情况；
[0012]根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制。
[0013]优选地，所述集群化能源系统包括：智能电源模块，其中，所有的所述智能电源模块依次并联。
[0014]优选地，所述智能电源模块包括：功率输入模块、功率输出模块、通信模块和电池单元，其中，所述功率输入模块、所述功率输出模块和所述通信模块均与所述电池单元并联。
[0015]优选地，所述建模模型的表达式为：
[0016][0017]其中，x
i
表示第i个建模模型中电池的荷电状态，V
i
表示建模模型中内部母线电压，Q
i
表示电池容量，P
i
表示建模模型中光伏电池产生的功率与PCU向外输出功率的差，τ
i
表示电池消耗功率。
[0018]优选地，所述根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制包括步骤：
[0019]构建分布式协同控制器；
[0020]获取所述建模模型中目标智能发电单元的第一状态参数；
[0021]获取所述目标智能发电单元的临近智能发电单元的第二状态参数；
[0022]获取所述建模模型中电池状态先验知识；
[0023]获取所述建模模型中光伏检测值；
[0024]将所述第一状态参数、所述第二状态参数、所述电池状态先验知识和所述光伏检测值输入所述分布式协同控制器；
[0025]获取所述分布式协同控制器输出的输出功率；
[0026]安装所述输出功率控制所述建模模型。
[0027]优选地，所述分布式协同控制器的表达式为：
[0028][0029][0030]其中，控制器状态x
ci
由一致性误差∑a
ij
(x
i
‑
x
j
)、输出功率误差共同调节，当第i个ISM模块储能较其它模块更多时，x
ci
增大，进而u
i
增大，输出功率增加，来快速消耗储能。同时其它SOC相对较小的模块的输出到负荷的功率u
j
减小，以使各模块储能的SOC达成一致。
[0031]优选地，所述分布式协同控制器的表达式为：
[0032][0033][0034]其中，控制器状态x
ci
由一致性误差∑a
ij
(x
i
‑
x
j
)、输出功率误差共同调节，当第i个ISM模块储能较其它模块更多时，x
ci
增大，进而u
i
增大，输出功率增加，来快速消耗储能。同时其它SOC相对较小的模块的输出到负荷的功率u
j
减小，以使各模块储能的SOC达成一致。
[0035]优选地，所述根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制还包括步骤：
[0036]对所述建模模型中目标智能发电单元的输出电流进行饱和处理。
[0037]优选地，所述对所述建模模型中目标智能发电单元的输出电流进行饱和处理包括步骤：
[0038]将所述目标智能发电单元的输出电流调整为正；
[0039]根据SOC状态及充放电约束计算输出电流对应上下界；
[0040]对所述目标智能发电单元的输出电流进行全范围饱和处理；
[0041]计算出力指数约束折算到输出电流量纲下的约束；
[0042]将对出力指数约束上届与全范围饱和处理所用约束上届取交集作为新约束；
[0043]固定下垂系数逐个模块内饱和处理。
[0044]本申请提供的一种集群化能源系统分布式协同控制方法，可以实现集群化能源系统的功率平衡和储能均衡目标，以便控制策略有效应用及系统状态的实时观察，可应用于太阳能飞行器集群化能源系统的能量管理系统设计制造。
附图说明
[0045]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：获取集群化能源系统；获取所述集群化能源系统的建模模型；获取所述集群化能源系统的能量需求情况；获取所述集群化能源系统的能量供应情况；根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制。2.根据权利要求1所述的集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述集群化能源系统包括：智能电源模块，其中，所有的所述智能电源模块依次并联。3.根据权利要求2所述的集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述智能电源模块包括：功率输入模块、功率输出模块、通信模块和电池单元，其中，所述功率输入模块、所述功率输出模块和所述通信模块均与所述电池单元并联。4.根据权利要求1所述的集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述建模模型的表达式为：其中，x
i
表示第i个建模模型中电池的荷电状态，V
i
表示建模模型中内部母线电压，Q
i
表示电池容量，P
i
表示建模模型中光伏电池产生的功率与PCU向外输出功率的差，τ
i
表示电池消耗功率。5.根据权利要求1所述的集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述根据所述能量需求情况和所述能量供应情况对所述集群化能源系统的模型进行分布式协同控制包括步骤：构建分布式协同控制器；获取所述建模模型中目标智能发电单元的第一状态参数；获取所述目标智能发电单元的临近智能发电单元的第二状态参数；获取所述建模模型中电池状态先验知识；获取所述建模模型中光伏检测值；将所述第一状态参数、所述第二状态参数、所述电池状态先验知识和所述光伏检测值输入所述分布式协同控制器；获取所述分布式协同控制器输出的输出功率；安装所述输出功率控制所述建模模型。6.根据权利要求5所述的集群化能源系统分布式协同控制方法，其特征在于，所述分布式协同控制器的表达式为：式协同控制器的表达式为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙子路，吕冬翔，仇海波，钟豪，李钊，李钏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：