配网能量路由器的多时间尺度能量平衡控制规律

The energy internet is defined as the advanced combination of the energy and information technologies, which brings the great opportunity and challenge for the development of the electrical engineering subject. The energy router for the distribution network plays a key role in the energy internet area, whose control strategies for its inner coordination and the integration with the networks have become the hot topics. In this project, the control strategies of dynamic behaviors of the energy routers in distribution network are studied, and the mechanisms of influences among the dynamic behaviors are revealed, in order to realize the active constraint and precise control of dynamic behaviors and to provide scientific foundation for the systematic design and optimal operation of energy routers. The investigation of this project includes two main aspects. One side is for the modeling of energy balance states and the operation characteristics, including the relationship for the energy distribution and balancing, the energy dynamic process, the parameter design for main circuit, and the power flow optimized calculating of the networks. The other side is for the comprehensive control of the energy routers in distribution network based on the energy balancing rules, including the short time scale control of the inner energy balancing, the middle time scale control considering with the energy forward and network access, and the long time scale hierarchical control of the whole system. Two key points are focused in this project, they are the restrictive relation among the performance factors during the analysis for dynamic behaviors and the coordination control among the different time scale strategies for dynamic processes.

能源互联网是能源技术与互联网信息技术相结合的产物，对电工学科的发展带来巨大的机遇和挑战。配网能量路由器在能源互联网中占有举足轻重的地位，其内部协调控制和在配网中的综合控制是该领域的研究热点问题。本项目针对配网能量路由器的多时间尺度能量平衡控制规律这一科学问题，揭示多个能量平衡瞬态行为相互影响机理，实现对整个系统的主动约束和精确控制，为能量路由器的系统设计和优化运行提供科学依据。研究包含两个层面，在瞬态能量平衡过程建模及控制规律方面，包括能量分布和平衡关系、瞬态过程规律、电路参数优化设计和网络潮流优化方法；在基于能量平衡的配网能量路由器系统综合控制方面，包括短时间尺度的能量平衡控制、中时间尺度的能量前馈控制和接入配网控制，以及长时间尺度的系统分层控制。其中项目将能量瞬态过程控制规律中的各性能相互制约关系和多时间尺度能量瞬态过程的协调控制作为关键问题进行解决。

电能路由器是新一代能源互联网关键支撑设备，而高性能控制在电能路由器中占有极其重要的地位，对电能路由器系统的行为和性能产生影响，对控制规律认识不足和缺乏系统综合控制策略，成为其控制研究中的瓶颈问题。. 针对该瓶颈问题，本项目从瞬态能量平衡的角度出发，以电能路由器为研究对象，开展了“瞬态能量平衡过程建模”和“基于能量平衡的系统综合控制”两方面工作。在前者研究中，针对能量分布与平衡关系和能量瞬态过程规律，建立了相应数学描述方法，揭示了不同单元、不同时间尺度上的能量变化规律；针对电能路由器多级、多模块的特点，提出了电能路由器快速分析模型，仿真速度提高了两个数量级，用于主电路和控制参数的优化设计中，为电能路由器的控制策略研究提供了理论支撑。在后者研究中，提出了短时间尺度的模块能量平衡控制、中时间尺度多级能量前馈控制、长时间尺度的多功率网络控制等策略，形成多时间尺度能量平衡综合控制策略，提高了动态响应速度，降低了电压波动，实现不同工况的平滑切换，优化了系统的效率和电应力，使多功率系统协调工作，显著提高了电能路由器系统的整体控制性能。总的来说，本项目针对电能路由器的多时间尺度能量平衡控制规律这一科学问题，揭示能量平衡瞬态行为机理，实现对整个系统的主动约束和精确控制，为电能路由器的系统设计和优化运行提供科学依据。. 理论成果发表于相关学术论文23篇(其中SCI论文7篇，EI论文16篇，国际会议优秀论文1篇)，培养博士毕业5名，硕士毕业3名，博士后出站1名。技术成果形成授权受理国家发明专利12项，软件著作权2项，先后应用于国内企业的相关产品研发项目和示范工程中，产生了显著经济利润和社会效益。本项目对团队控制方面的研究起到支撑作用，获得高等学校科学研究成果技术发明一等奖、日内瓦国际发明展大会特别金奖和电工技术学会科技进步一等奖等。.