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专利号: 2024110455416
申请人: 江苏航运职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S100,系统初始化与自适应校准:启动微电网控制单元,并进行单元自检,初始化多元储能设备,包括电池储能系统、超级电容器、飞轮储能装置,确保所有储能设备正常连接至微电网,对各储能设备的容量、状态、能量转换效率参数进行初步评估,根据初步评估结果,动态调整储能设备的初始配置参数,具体包括:S110,启动微电网控制单元,通过内置的诊断模块进行单元自检,检查控制单元的各项功能是否正常,自检完成后,生成自检报告;

S120,启动电池储能系统,进行电池模块的充放电测试,评估电池的健康状态、容量和能量转换效率,确保电池储能系统正常运行;启动超级电容器,通过检测电压和电流监测超级电容器的状态,评估其储能能力和充放电特性,确保超级电容器正常连接;启动飞轮储能装置,进行飞轮的旋转速度和能量转换效率测试,评估飞轮的运行状态和储能能力,确保飞轮储能装置正常连接;将所有储能设备连接至微电网,通过通信网络实现与微电网控制单元的通信,确保各设备正常在线;

S130,对各储能设备的容量、状态、能量转换效率参数进行初步评估,利用微电网控制单元中的数据采集器,收集各储能设备的实时数据,包括电压、电流、温度、充放电速率参数;通过对收集的数据进行处理,计算各储能设备的容量、健康状态和能量转换效率;

S140,结合初步评估报告,利用自适应校准算法,动态调整各储能设备的初始配置参数,包括充放电速率、功率限制,自适应校准算法包括:充放电速率调整:基于当前状态和预测需求:

,其中, 为调整后的充放电速率,

为额定充放电速率;

功率限制调整:根据储能设备的健康状态和能量转换效率:,其中, 为调整后的功率限制, 为

额定功率限制,为能量转换效率;

在微电网控制单元中设定调整后的配置参数,并通过通信网络下发至各储能设备,确保各设备按照优化后的参数运行;

S200,负荷需求预测与多时间尺度调度:采用多模态数据融合技术,整合历史负荷数据、实时负荷数据、天气预报数据以及用户行为数据,构建负荷预测模型,基于构建的负荷预测模型,进行短期、中期、长期负荷需求预测,生成多时间尺度负荷需求曲线,结合多时间尺度负荷预测结果,制定分级能量调度计划,优化储能设备的充放电策略;

S300,虚拟储能协同:采用虚拟储能技术,将分散的储能设备虚拟化为统一虚拟储能资源池,根据负荷预测结果和分级能量调度计划,实时调整虚拟储能资源池的充放电策略,实现能量平衡,在微电网并网过程中,通过虚拟储能资源池协调各储能设备的输出功率,具体包括:S310,收集各储能设备的当前状态数据,包括容量 、电压 、电流 、温度 数据;

S320,利用虚拟储能技术,将各储能设备的状态和性能参数进行统一建模,形成虚拟储能资源池的模型 ,表示为:,其中, 表示第

个储能设备的模型,包含其容量 、充电功率 ,放电功率 和效率 ,为储能设备的总数;

S330,利用动态能量平衡算法,计算虚拟储能资源池的总充放电功率:,其中, 为虚拟储能

资源池在时间 的总充放电功率, 和 分别为第 个储能设备的充电和放电功率;

S340,根据负荷预测结果和分级能量调度计划,实时调整虚拟储能资源池的充放电策略:,其中, 为时间

内实现能量平衡所需的调整功率, 为负荷需求, 为发电量,为虚拟储能资源池的总充放电功率;

所述通过虚拟储能资源池协调各储能设备的输出功率包括:S350,实时监控电网参数:通过传感器和监控设备实时监测电网的电压 和频率;

S360,计算功率偏差:根据实时监测的电压和频率,计算电网的功率偏差 :,其中, 为实时负荷

需求, 为实时发电量, 为储能设备的总输出功率;

S370,分配功率调整任务:将功率偏差按比例分配给各储能设备,使其共同承担功率调整任务,具体分配如下:,其中, 为第 个储能设备需要调整的

功率, 为第 个储能设备的容量, 为所有储能设备的总容量;

S380,下发调度命令:通过控制系统将功率调整命令下发给各储能设备,具体调整每个储能设备的输出功率 :,其中, 为当前第 个

储能设备的输出功率, 为第 个储能设备需要调整的功率;

S400,并网过程中的自适应逆变控制:在微电网并网时,采用自适应逆变控制技术,根据实时负荷和储能状态,动态调整逆变器参数,结合改进的逆变器控制策略,实现微电网与主电网之间的无缝切换,具体包括:S410,利用传感器和监控设备实时监测电网的实时负荷 ,同时获取电压 和频率 ;

S420,计算偏差:根据实时监测的数据,计算电压偏差 和频率偏差 ;

S430,动态调整参数:利用自适应逆变控制技术,根据偏差值动态调整逆变器的输出参数,包括电压参考值 、频率参考值 和功率输出 :;

其中, 和 为控制增益系数;

S440,结合改进的逆变器控制策略,包括频率‑功率控制和电压‑无功功率控制,确保无缝切换:;

其中, 和 为控制系数, 和 为设定的有功和无功功率, 和为生成的有功和无功功率;

S450,无缝切换:在并网和离网状态之间切换时,确保电压和频率的平滑过渡,通过控制计算实时调整逆变器参数,实现无缝切换。

2.根据权利要求1所述的一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,所述S200中的负荷需求预测与多时间尺度调度具体包括:S210,收集并整合历史负荷数据、实时负荷数据、天气预报数据以及用户行为数据,建立多源数据集;利用数据预处理技术,对多源数据进行清洗、归一化,采用多模态数据融合,将 处理 后 的 多 源数 据 进 行 融 合,形 成 统 一的 特 征 数 据 集,表 示 为 :,其中, 为融

合后的数据集, 和 分别为历史负荷数据、实时负荷数据、天气预报数据和用户行为数据;

S220,基于融合后的特征数据集,构建改进的Transformer构建负荷预测模型,包括局部注意力、全局注意力的混合注意力机制,并进行动态位置编码,同时引入残差连接和层归一化,利用训练数据集对改进的Transformer模型进行训练和验证,优化模型参数;

S230,利用改进的Transformer负荷预测模型,进行短期、中期、长期负荷需求预测,其中,短期为小时级,中期为日级,长期为月级:S231,进行短期负荷需求预测,生成小时级负荷需求曲线 ;

S232,进行中期负荷需求预测,生成日级负荷需求曲线  ;

S233,进行长期负荷需求预测,生成月级负荷需求曲线 ;

S234,将短期、中期、长期负荷需求预测结果整合,生成多时间尺度负荷需求曲线:S240,结合多时间尺度负荷预测结果,制定分级能量调度计划:S241,制定短期能量调度计划,优化小时级储能设备的充放电策略;

S242,制定中期能量调度计划,优化日级储能设备的充放电策略;

S243,制定长期能量调度计划,优化月级储能设备的充放电策略;

S244,结合短期、中期、长期能量调度计划,形成综合能量调度方案,确保各时间段内能量供需平衡;

S245,根据综合能量调度方案,动态调整储能设备的充放电速率和功率限制,优化能量利用效率。

3.根据权利要求2所述的一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,所述局部注意力关注短期时间窗口内的数据,表示为:,其中, 和 分别为查询向

量、键向量和值向量, 为键向量的维度;

所述全局注意力关注整个时间序列内的数据,表示为:,全局注意力的计算覆盖整个

时间序列,以捕捉长期趋势;

所述混合注意力机制结合局部和全局注意力,表示为:,其中, 为调

节局部和全局注意力权重的系数。

4.根据权利要求2所述的一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,所述动态位置编码结合时间特征提高时间序列预测的精度,包括静态位置编码以及动态位置编码;

所述引入残差连接和层归一化用以稳定训练过程和提升模型性能:残差 连 接公 式 : ,其中 , 为输 入 ,为子层的输出。

5.根据权利要求1所述的一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,所述控制计算表示为: ,其中, 为过渡控制系数, 为过渡期间的功率调整量。

6.一种采用多元储能的微电网并网协调控制系统,用于实现如权利要求1‑5任一项所述的一种采用多元储能的微电网并网协调控制方法,其特征在于,包括以下模块:微电网控制单元:用于整体控制系统的协调和控制,执行各种调度和控制策略;

诊断模块:集成在微电网控制单元内,用于单元初始化和自适应校准过程中进行自检,检测并报告故障;

数据采集模块:用于收集历史负荷数据、实时负荷数据、天气预报数据和用户行为数据,为负荷预测提供基础数据;

数据处理与融合模块:采用多模态数据融合技术,将采集的数据进行预处理和融合,生成统一的特征数据集;

负荷预测模块:基于改进的Transformer模型,进行短期、中期和长期负荷需求预测,生成多时间尺度负荷需求曲线;

能量管理模块:根据负荷预测结果和分级能量调度计划,利用动态能量平衡算法和虚拟储能技术,实时调整各储能设备的充放电状态,实现能量平衡;

储能设备控制模块:包括电池储能系统、超级电容器、飞轮储能装置,接收能量管理模块的指令,执行具体的充放电操作;

虚拟储能资源池:将分散的储能设备虚拟化为统一的储能资源池,协调各储能设备的能量输出,确保微电网并网过程中的电压和频率稳定;

逆变器控制模块:采用自适应逆变控制技术,根据实时负荷和储能状态,动态调整逆变器参数;

通信网络:实现微电网控制单元与各储能设备、逆变器和数据采集设备之间的实时通信,确保协调运行。