本發(fā)明涉及光伏新能源與微網(wǎng)發(fā)電控制領(lǐng)域，尤其是涉及面向一種微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

在上世紀(jì)80年代，美國公共事業(yè)管理研究機(jī)構(gòu)提出分布式供電模式，將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式的方式布置在用戶附近。與傳統(tǒng)的集中式供電模式相比，分布式供電具有以下優(yōu)勢：輸配電損耗低；無需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；土建和安裝成本低；各電站相互獨(dú)立，用戶可自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模供電事故，供電的可靠性高；可進(jìn)行遙控和監(jiān)測區(qū)域電力質(zhì)量和性能；非常適合對(duì)海島、鄉(xiāng)村、牧區(qū)、山區(qū)、及商業(yè)區(qū)和居民區(qū)提供電力；綠色低碳，可持續(xù)發(fā)展。

由于光伏發(fā)電適用于分布式供電模式，因此面向光伏發(fā)電的分布式供電及其支撐技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前新能源技術(shù)的研究熱點(diǎn)。2001年，美國威斯康星大學(xué)的R.H.Lasseter等人提出了微網(wǎng)(Microgrid)概念，即一種能更好地發(fā)揮分布式發(fā)電潛能的組織形式。微網(wǎng)是一組負(fù)荷和微型分布式電源(Distributed Generation,DG)的集合，它們可以以一個(gè)單個(gè)系統(tǒng)的方式運(yùn)行，在正常情況下運(yùn)行在聯(lián)網(wǎng)模式，在緊急等情況下能夠在獨(dú)立模式下運(yùn)行。微網(wǎng)可以整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢，削弱分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響。與大電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：能充分利用新型能源，減少環(huán)境污染和輸變電損耗，規(guī)模靈活，使用地域廣泛。在全球能源日益緊張的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)下，微電網(wǎng)的作用越來越受到重視。光伏微網(wǎng)是以光伏微源為主體，輔以其他類型的DG(風(fēng)機(jī)、微透平、超級(jí)電容、燃料電池等)所組成的分布式發(fā)電系統(tǒng)。

光伏微網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，涉及到與大電網(wǎng)間的耦合作用和能量交換，其主要關(guān)系有兩種：一種是微網(wǎng)利用內(nèi)部的分布式微源來滿足網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求，可以從主網(wǎng)吸收功率，但不可以向主網(wǎng)輸出功率；另一種是允許微網(wǎng)參與到開放的電力市場中，可以與主網(wǎng)自由交換功率。此外，需要制定管理策略與控制方法來協(xié)調(diào)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各DG間、單個(gè)微網(wǎng)與主網(wǎng)間、多個(gè)微網(wǎng)間的運(yùn)行調(diào)度和能量優(yōu)化管理之間的依賴關(guān)系，以確保微網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，保證微網(wǎng)高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。因此，對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷分配、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控、負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有微網(wǎng)分布式結(jié)點(diǎn)監(jiān)控技術(shù)的穩(wěn)定性較差、實(shí)時(shí)性較差的不足，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定性較好、實(shí)時(shí)性較好的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其控制系統(tǒng)，包括嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)，所述的嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括微源結(jié)點(diǎn)、功能處理結(jié)點(diǎn)、負(fù)載結(jié)點(diǎn)和多源互補(bǔ)逆變一體控制器，所述的微源結(jié)點(diǎn)為向微網(wǎng)提供能源的分布式發(fā)電單元，包含風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、光伏結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)與燃料電池結(jié)點(diǎn)；所述的功能處理結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)各微源輸出電能的處理、調(diào)控與存儲(chǔ)，包含逆變結(jié)點(diǎn)、整流逆變結(jié)點(diǎn)、儲(chǔ)能單元結(jié)點(diǎn)、匯流控制結(jié)點(diǎn)、靜態(tài)開關(guān)結(jié)點(diǎn)與變壓器結(jié)點(diǎn)；所述的多源互補(bǔ)逆變一體控制器為嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制核心，負(fù)責(zé)各微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測與控制，使各微源結(jié)點(diǎn)與功能處理結(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，為微網(wǎng)內(nèi)負(fù)責(zé)提供電能，或向大電網(wǎng)輸出電能，包含現(xiàn)場控制結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點(diǎn)；所述的負(fù)載結(jié)點(diǎn)為微網(wǎng)內(nèi)的用電設(shè)備，按照其電氣特性不同分為敏感負(fù)載結(jié)點(diǎn)與非敏感負(fù)載結(jié)點(diǎn)；

所述的微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)包括嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)與微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控模塊，所述的嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)包括可裁剪嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)模塊、嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊、多道并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、多道雙向通信與處理模塊、微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊，提供進(jìn)行定制或二次開發(fā)接口，為微網(wǎng)系統(tǒng)及其配套設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)控制提供應(yīng)用程序接口支持。

進(jìn)一步，所述的風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)輸出不規(guī)則交變電流并與整流逆變結(jié)點(diǎn)相連；所述的整流逆變結(jié)點(diǎn)將風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)輸出的不規(guī)則交變電流進(jìn)行整流，然后逆變?yōu)橐?guī)則交變電流；所述的光伏結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)、燃料電池結(jié)點(diǎn)輸出低壓直流電，與逆變結(jié)點(diǎn)相連；所述的逆變結(jié)點(diǎn)將光伏結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)、燃料電池結(jié)點(diǎn)輸出的低壓直流電進(jìn)行升壓處理，然后逆變?yōu)橐?guī)則交變電流；所述的整流逆變結(jié)點(diǎn)、逆變結(jié)點(diǎn)與匯流控制結(jié)點(diǎn)相連，匯流控制結(jié)點(diǎn)接收整流逆變結(jié)點(diǎn)、逆變結(jié)點(diǎn)的輸出電流并進(jìn)行疊加處理，并經(jīng)靜態(tài)開關(guān)結(jié)點(diǎn)與儲(chǔ)能單元結(jié)點(diǎn)、負(fù)載結(jié)點(diǎn)相連。

再進(jìn)一步，所述的現(xiàn)場控制結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)微源結(jié)點(diǎn)、功能處理結(jié)點(diǎn)、輸入/輸出母線、負(fù)載結(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，通過電力傳感器測量上述結(jié)點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)，通過雙向現(xiàn)場總線與用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)相連；所述的用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)通過雙向現(xiàn)場總線與繼電器件實(shí)現(xiàn)對(duì)各微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)控，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點(diǎn)相連；所述的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點(diǎn)為面向微網(wǎng)監(jiān)控的多路透明網(wǎng)橋，支持3個(gè)網(wǎng)段、128個(gè)端口，提供126個(gè)共享帶寬信道，通過普通以太網(wǎng)線與監(jiān)控中心客戶端相連。

更進(jìn)一步，所述的可裁剪的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)模塊，采用RT-Linux基礎(chǔ)內(nèi)核，并根據(jù)微網(wǎng)監(jiān)控要求進(jìn)行裁剪、配置，保留實(shí)時(shí)多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、串口驅(qū)動(dòng)，且具有向下兼容性；所述的嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊為面向微網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的嵌入式主題數(shù)據(jù)庫，采用嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)框架，在數(shù)據(jù)表第三范式條件下，結(jié)合伯克利SQL查詢語言，為微網(wǎng)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測、控制、識(shí)別提供數(shù)據(jù)支持；所述的多道并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊接收現(xiàn)場控制結(jié)點(diǎn)上傳的電氣物理信號(hào)，經(jīng)端點(diǎn)抑制、抖動(dòng)消除與數(shù)字濾波處理后，經(jīng)多道雙向通信與處理模塊，上傳至微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊；所述的微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊為微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心應(yīng)用軟件，其物理載體為用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)，通過微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控算法實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測、控制、診斷與識(shí)別。

所述的微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控模塊，處理過程如下：

①針對(duì)微網(wǎng)這一含有未知參數(shù)、系統(tǒng)干擾、量測噪聲及狀態(tài)不可得的高維、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)電力系統(tǒng)常微分-向量場方程，建立微網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)空間：

x_n＝f(x,t)+w(t) (1)

式(1)中，x_n為n維系統(tǒng)狀態(tài)向量，具體包括：微網(wǎng)電壓、電流、頻率和外網(wǎng)的電壓、電流、頻率、溫度、微網(wǎng)負(fù)荷、微網(wǎng)諧波含量、并網(wǎng)時(shí)間、穿越時(shí)間、電磁沖擊等微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征參數(shù)；w(t)為n維系統(tǒng)干擾向量；f(x,t)為n維的關(guān)于狀態(tài)變量和時(shí)間的非線性函數(shù)，即微網(wǎng)的工作特征狀態(tài)矩陣；

②將微網(wǎng)電壓、電流、頻率、工作溫度、微網(wǎng)負(fù)荷、微網(wǎng)諧波含量作為微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部目標(biāo)狀態(tài)；將大電網(wǎng)的電壓、電流、頻率作為大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的外部目標(biāo)狀態(tài)；將并網(wǎng)時(shí)間、穿越時(shí)間、電磁沖擊構(gòu)成微網(wǎng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)；

③將上述三個(gè)向量組構(gòu)成微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行n維狀態(tài)空間向量，建立微網(wǎng)-大電網(wǎng)耦合的二次型狀態(tài)空間方程；

④運(yùn)用李雅普諾夫第二法對(duì)微網(wǎng)-大電網(wǎng)離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行判定，得到微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性泛函積分方程；

⑤基于變分法求解微網(wǎng)-主網(wǎng)耦合二次型狀態(tài)空間方程特征解，作為微網(wǎng)-大電網(wǎng)工作狀態(tài)調(diào)控實(shí)施時(shí)機(jī)裁定的依據(jù)，并實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換過程狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；

⑥根據(jù)步驟⑤得到的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、輸入?yún)?shù)對(duì)離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換過程中電能質(zhì)量的影響規(guī)律，建立微網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的可觀矩陣與可控矩陣；

⑦根據(jù)非線性系統(tǒng)狀態(tài)-動(dòng)態(tài)-量測混合反饋線性化方法，結(jié)合卡爾曼濾波器對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)可觀矩陣與可控矩陣進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立面向微網(wǎng)多源互補(bǔ)逆變一體控制的最小相位系統(tǒng)。

所述的多源互補(bǔ)逆變一體控制器采用上下位機(jī)雙嵌入式先進(jìn)精簡指令集處理機(jī)結(jié)構(gòu)，由基于Cortex-M3的下位機(jī)實(shí)時(shí)A/V數(shù)據(jù)采集卡和S3C6410的上位機(jī)系統(tǒng)控制卡組成；

所述的下位機(jī)實(shí)時(shí)A/V數(shù)據(jù)采集卡為現(xiàn)場控制結(jié)點(diǎn)的物理載體，主要完成模擬電氣信號(hào)采集、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、離散傅里葉變換等操作，利用Cortex-M3的Tail-Chaining中斷技術(shù)，完成分布式微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)A/V信號(hào)采集與在線控制；所述的上位機(jī)系統(tǒng)控制卡為用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點(diǎn)的物理載體，利用S3C6410的實(shí)時(shí)多事務(wù)并行處理和多端復(fù)用接口，完成實(shí)時(shí)電氣信號(hào)處理、分析、顯示、控制信息交互和網(wǎng)絡(luò)通信；上下位機(jī)通過通用串行接口進(jìn)行并行、高速的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：由嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)組成，完成微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)監(jiān)控、實(shí)時(shí)通信、孤島運(yùn)行控制、離并網(wǎng)過程控制、過載保護(hù)等實(shí)驗(yàn)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)物理信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，并判斷運(yùn)行狀態(tài)上傳至微網(wǎng)監(jiān)控中心；同時(shí)可接收微網(wǎng)監(jiān)控中心下達(dá)的指令，完成對(duì)微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的管理與控制。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1)配備當(dāng)前微網(wǎng)研發(fā)所需的5種微源結(jié)點(diǎn)與5種功能處理結(jié)點(diǎn)，能夠完成微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)監(jiān)控、實(shí)時(shí)通信、孤島運(yùn)行控制、離并網(wǎng)過程控制、過載保護(hù)等實(shí)驗(yàn)功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)物理信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理。

2)基于嵌入式雙精簡指令集處理器的多源互補(bǔ)逆變一體控制器，低功耗，強(qiáng)實(shí)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)并行實(shí)驗(yàn)任務(wù)處理。

3)可裁剪、配置的嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)，能提供進(jìn)行定制或二次開發(fā)接口，可為微網(wǎng)系統(tǒng)及其配套設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)控制提供應(yīng)用程序接口支持。

4)基于狀態(tài)-動(dòng)態(tài)-量測混合反饋線性化與卡爾曼濾波的微網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控算法，能夠較好的滿足微網(wǎng)分布式結(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的任務(wù)需求。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)功能構(gòu)架圖；

圖2是嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)示意圖；

圖3是微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖3，一種微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其控制系統(tǒng)，由嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)組成，可完成微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)監(jiān)控、實(shí)時(shí)通信、孤島運(yùn)行控制、離并網(wǎng)過程控制、過載保護(hù)等實(shí)驗(yàn)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)物理信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，并判斷運(yùn)行狀態(tài)上傳至微網(wǎng)監(jiān)控中心；同時(shí)可接收微網(wǎng)監(jiān)控中心下達(dá)的指令，完成對(duì)微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的管理與控制。

上述方案中，嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由微源結(jié)點(diǎn)、功能處理結(jié)點(diǎn)、負(fù)載結(jié)點(diǎn)與多源互補(bǔ)逆變一體控制器組成，如附圖1所示。上述構(gòu)架中，微源結(jié)點(diǎn)為向微網(wǎng)提供能源的分布式發(fā)電(Distributed Generation,DG)單元，包含5種當(dāng)前主流電源結(jié)點(diǎn)，即風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、光伏結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)與燃料電池結(jié)點(diǎn)。功能處理結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)各微源輸出電能的處理、調(diào)控與存儲(chǔ)，包含逆變結(jié)點(diǎn)、整流逆變結(jié)點(diǎn)、儲(chǔ)能單元結(jié)點(diǎn)、匯流控制結(jié)點(diǎn)、靜態(tài)開關(guān)結(jié)點(diǎn)、變壓器結(jié)點(diǎn)等5種功能處理結(jié)點(diǎn)，具有系統(tǒng)完善的電能變換與調(diào)控能力。多源互補(bǔ)逆變一體控制器為嵌入式微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制核心，負(fù)責(zé)各微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測與控制，使各微源結(jié)點(diǎn)與功能處理結(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，為微網(wǎng)內(nèi)負(fù)責(zé)提供電能，或向大電網(wǎng)輸出電能，主要包含現(xiàn)場控制結(jié)點(diǎn)(Field Control Node,FCN)、用戶監(jiān)控結(jié)點(diǎn)(User Monitoring Node,UMN)與網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點(diǎn)(Network Communication Node,NCN)。負(fù)載結(jié)點(diǎn)為微網(wǎng)內(nèi)的用電設(shè)備，按照其電氣特性不同可分為敏感負(fù)載結(jié)點(diǎn)(電動(dòng)機(jī)、冰箱等)與非敏感負(fù)載結(jié)點(diǎn)(燈具、熱水器等)。

微源結(jié)點(diǎn)的電力特性存在明顯差異，因此需要不同的功能處理結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分別處理與調(diào)控，如附圖1所示。風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)輸出不規(guī)則交變電流，與整流逆變結(jié)點(diǎn)相連。整流逆變結(jié)點(diǎn)將風(fēng)機(jī)結(jié)點(diǎn)、微透平結(jié)點(diǎn)輸出的不規(guī)則交變電流進(jìn)行整流，然后逆變?yōu)橐?guī)則交變電流。與風(fēng)機(jī)、透平機(jī)不同，光伏結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)、燃料電池結(jié)點(diǎn)輸出低壓直流電，與逆變結(jié)點(diǎn)相連。逆變結(jié)點(diǎn)將光伏結(jié)點(diǎn)、超級(jí)電容結(jié)點(diǎn)、燃料電池結(jié)點(diǎn)輸出的低壓直流電進(jìn)行升壓處理，然后逆變?yōu)橐?guī)則交變電流。整流逆變結(jié)點(diǎn)、逆變結(jié)點(diǎn)與匯流控制結(jié)點(diǎn)相連，匯流控制結(jié)點(diǎn)接收整流逆變結(jié)點(diǎn)、逆變結(jié)點(diǎn)的輸出電流并進(jìn)行疊加處理，并經(jīng)靜態(tài)開關(guān)結(jié)點(diǎn)與儲(chǔ)能單元結(jié)點(diǎn)、負(fù)載結(jié)點(diǎn)相連。

FCN負(fù)責(zé)對(duì)微源結(jié)點(diǎn)、功能處理結(jié)點(diǎn)、輸入/輸出母線、負(fù)載結(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，通過電力傳感器(渦流傳感器、霍爾傳感器等)測量上述結(jié)點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)(電壓、電流、諧波)，通過雙向現(xiàn)場總線與UMN相連。UMN通過雙向現(xiàn)場總線與繼電器件(固態(tài)繼電器、GTR或可控硅)實(shí)現(xiàn)對(duì)各微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)控，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與NCN相連。NCN為面向微網(wǎng)監(jiān)控的多路透明網(wǎng)橋，可支持3個(gè)網(wǎng)段、128個(gè)端口，提供126個(gè)共享帶寬信道，通過普通以太網(wǎng)線與監(jiān)控中心客戶端相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)平臺(tái)的遠(yuǎn)程調(diào)控。

上述方案中所涉及的多源互補(bǔ)逆變一體控制器，采用上下位機(jī)雙嵌入式先進(jìn)精簡指令集處理機(jī)結(jié)構(gòu)，由基于Cortex-M3的下位機(jī)實(shí)時(shí)A/V數(shù)據(jù)采集卡和S3C6410的上位機(jī)系統(tǒng)控制卡組成，如附圖1所示。下位機(jī)實(shí)時(shí)A/V數(shù)據(jù)采集卡為FCN的物理載體，主要完成模擬電氣信號(hào)采集、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、離散傅里葉變換等操作，利用Cortex-M3的Tail-Chaining中斷技術(shù)，完成分布式微網(wǎng)結(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)A/V信號(hào)采集與在線控制。上位機(jī)系統(tǒng)控制卡為UMN與NCN的物理載體，利用S3C6410的實(shí)時(shí)多事務(wù)并行處理和多端復(fù)用接口，完成實(shí)時(shí)電氣信號(hào)處理、分析、顯示、控制信息交互、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。上下位機(jī)通過通用串行接口(USB)進(jìn)行并行、高速的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，滿足微網(wǎng)監(jiān)控實(shí)時(shí)信號(hào)的基本要求。

(2)微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)

本發(fā)明所涉及的微網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度與控制系統(tǒng)由嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)與微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控算法組成。

嵌入式微網(wǎng)調(diào)度軟件平臺(tái)包括可裁剪嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)模塊、嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊、多道并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、多道雙向通信與處理模塊、微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊，如附圖2所示，可提供進(jìn)行定制或二次開發(fā)接口，可為微網(wǎng)系統(tǒng)及其配套設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)控制提供應(yīng)用程序接口支持。可裁剪的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)模塊，采用RT-Linux基礎(chǔ)內(nèi)核，并根據(jù)微網(wǎng)監(jiān)控要求進(jìn)行裁剪、配置，保留實(shí)時(shí)多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、串口驅(qū)動(dòng)，且具有向下兼容性。嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊為面向微網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的嵌入式主題數(shù)據(jù)庫，采用嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(E-DBMS)框架，在數(shù)據(jù)表第三范式條件下，結(jié)合伯克利SQL查詢語言，為微網(wǎng)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測、控制、識(shí)別提供數(shù)據(jù)支持。多道并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊接收FCN上傳的電氣物理信號(hào)，經(jīng)端點(diǎn)抑制、抖動(dòng)消除與數(shù)字濾波處理后，經(jīng)多道雙向通信與處理模塊，上傳至微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊。微網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷模塊為微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心應(yīng)用軟件，其物理載體為UMN，通過微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控算法實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的監(jiān)測、控制、診斷與識(shí)別。

上述方案所涉及的微網(wǎng)平臺(tái)狀態(tài)調(diào)控算法，其實(shí)施步驟如附圖3所示，具體信息如下：

①針對(duì)微網(wǎng)這一含有未知參數(shù)、系統(tǒng)干擾、量測噪聲及狀態(tài)不可得的高維、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)電力系統(tǒng)常微分-向量場方程，建立微網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)空間：

x_n＝f(x,t)+w(t) (1)

式(1)中，x_n為n維系統(tǒng)狀態(tài)向量，具體包括：微網(wǎng)電壓、電流、頻率和外網(wǎng)的電壓、電流、頻率、溫度、微網(wǎng)負(fù)荷、微網(wǎng)諧波含量、并網(wǎng)時(shí)間、穿越時(shí)間、電磁沖擊等微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征參數(shù)；w(t)為n維系統(tǒng)干擾向量(控制矩陣)；f(x,t)為n維的關(guān)于狀態(tài)變量和時(shí)間的非線性函數(shù)，即微網(wǎng)的工作特征狀態(tài)矩陣。

②將微網(wǎng)電壓、電流、頻率、工作溫度、微網(wǎng)負(fù)荷、微網(wǎng)諧波含量作為微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部目標(biāo)狀態(tài)；將大電網(wǎng)的電壓、電流、頻率作為大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的外部目標(biāo)狀態(tài)；將并網(wǎng)時(shí)間、穿越時(shí)間、電磁沖擊構(gòu)成微網(wǎng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程狀態(tài)向量組，用于表征微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。

③將上述三個(gè)向量組構(gòu)成微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行n維狀態(tài)空間向量，建立微網(wǎng)-大電網(wǎng)耦合的二次型狀態(tài)空間方程。

④運(yùn)用李雅普諾夫(Lyapunov)第二法對(duì)微網(wǎng)-大電網(wǎng)離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行判定，得到微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性泛函積分方程。

⑤基于變分法求解微網(wǎng)-主網(wǎng)耦合二次型狀態(tài)空間方程特征解，作為微網(wǎng)-大電網(wǎng)工作狀態(tài)調(diào)控實(shí)施時(shí)機(jī)裁定的依據(jù)，并實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換過程狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

⑥根據(jù)步驟⑤得到的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、輸入?yún)?shù)對(duì)離-并網(wǎng)轉(zhuǎn)換過程中電能質(zhì)量的影響規(guī)律，建立微網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的可觀矩陣與可控矩陣。

⑦根據(jù)非線性系統(tǒng)狀態(tài)-動(dòng)態(tài)-量測混合反饋線性化(Status Dynamic Measurement,SDM)方法，結(jié)合卡爾曼(Kalman)濾波器對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)可觀矩陣與可控矩陣進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立面向微網(wǎng)多源互補(bǔ)逆變一體控制的最小相位系統(tǒng)。

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。