技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微網(wǎng)群領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著全球能源、環(huán)境問題的突顯，風(fēng)能、太陽能等可再生能源得到了較大的發(fā)展。與此同時，微電網(wǎng)作為一種包含可再生能源等分布式電源的綜合集成技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。微電網(wǎng)具有靈活的運(yùn)行特性，可以并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行，能同時滿足本地用戶的電能和熱能需求。微電網(wǎng)提高了分布式發(fā)電系統(tǒng)的供電可靠性，實(shí)現(xiàn)了分布式電源與負(fù)荷的一體化運(yùn)行，減少了系統(tǒng)的污染排放，已經(jīng)成為智能電網(wǎng)建設(shè)中的一個重要組成部分。

經(jīng)對現(xiàn)有關(guān)于微電網(wǎng)的研究的分析發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)者主要利用MATLAB/Simulink等仿真工具對微電網(wǎng)控制策略進(jìn)行仿真。以Simulink為例的一類仿真軟件的計(jì)算規(guī)則一般是將微電網(wǎng)拓?fù)浼捌浼s束關(guān)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)值方程組進(jìn)行求解，一般適用于微網(wǎng)建模及特性研究；以MATLAB（這里指以m文件為載體的數(shù)值計(jì)算部分）為例的一類數(shù)值計(jì)算軟件一般主要支持面向過程的算法設(shè)計(jì)，也即表現(xiàn)為一種“自上而下”的算法結(jié)構(gòu)，這類軟件一般適用于微電網(wǎng)控制策略的算法研究，但不能實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)群同時運(yùn)行過程的協(xié)調(diào)控制策略的仿真模擬。除了借助上述仿真軟件的研究，也有不少學(xué)者利用Java、c等計(jì)算機(jī)語言對微電網(wǎng)仿真實(shí)現(xiàn)自主編程。在這類自主編程的研究中，“多代理”模型常被應(yīng)用于微網(wǎng)群的研究。專利“基于MAS的多微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)仿真方法”（中國專利申請?zhí)枮椋篊N201210456910.1）公開了一種多微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其提出一種基于多代理架構(gòu)的微網(wǎng)群仿真方法，把能量預(yù)測、潮流優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、協(xié)調(diào)控制、并/離網(wǎng)開關(guān)等功能分別由多個相對獨(dú)立的“代理”承擔(dān)，并將這些“代理”分配到本地管理層、微電網(wǎng)管理層和微電網(wǎng)協(xié)調(diào)管理層三個不同層次，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)群的多層多代理控制架構(gòu)。在這個架構(gòu)中，每個“代理”能夠相對獨(dú)立工作，“代理”之間以信息交互方式協(xié)同工作，是一種并列運(yùn)行的架構(gòu)方式，比較符合真實(shí)微網(wǎng)群系統(tǒng)中各個控制器相對獨(dú)立工作的情況。但這種并行架構(gòu)需要基于多代理模型，在模型選擇上缺乏靈活性。需要提出一種更為通用的仿真架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)群系統(tǒng)的真實(shí)模擬。

針對以上不足，本發(fā)明利用微網(wǎng)群硬件架構(gòu)上主要以微網(wǎng)中央控制器為基本控制單元的特點(diǎn)，開發(fā)了一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)。本發(fā)明構(gòu)建了多進(jìn)程并發(fā)的主體結(jié)構(gòu)，考慮“一個進(jìn)程代表一個微網(wǎng)中央控制器”的原則，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)群系統(tǒng)進(jìn)行真實(shí)模擬；算法層則由MATLAB編輯與設(shè)計(jì)，并交由底層程序驅(qū)動運(yùn)行。該架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了各子微網(wǎng)控制算法的相對獨(dú)立，并支持MATLAB編程，以降低各部分算法的開發(fā)難度。該系統(tǒng)以“一個進(jìn)程代表一個微網(wǎng)中央控制器”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)程間以特定數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則完成數(shù)據(jù)交互，符合真實(shí)微網(wǎng)群系統(tǒng)中的硬件架構(gòu)方式，具有較高的模擬真實(shí)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)以“一個進(jìn)程代表一個微網(wǎng)中央控制器”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)程間以特定數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則完成數(shù)據(jù)交互，符合真實(shí)微網(wǎng)群系統(tǒng)中的硬件架構(gòu)方式，具有較高的模擬真實(shí)能力。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明至少采用如下技術(shù)方案之一。

一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、任務(wù)管理模塊、算法驅(qū)動模塊、模擬通訊模塊、圖形用戶界面模塊五個部分構(gòu)成，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，其它各模塊均與該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；任務(wù)管理模塊負(fù)責(zé)管理區(qū)域微網(wǎng)中央控制器與各子微網(wǎng)中央控制器的工作狀態(tài)切換；算法驅(qū)動模塊用于驅(qū)動各控制器各自的控制算法；模擬通訊模塊負(fù)責(zé)各控制器之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸；圖形用戶界面模塊用于對微網(wǎng)群各部分進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)展示。

進(jìn)一步地，所述微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)在運(yùn)行時，表現(xiàn)為多進(jìn)程并發(fā)結(jié)構(gòu)，其中每一個進(jìn)程代表一個控制器（區(qū)域微網(wǎng)中央控制器或子微網(wǎng)中央控制器）；控制器之間的數(shù)據(jù)交互在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行；每個控制器在運(yùn)行中會各自單獨(dú)調(diào)用所述的任務(wù)管理模塊、算法驅(qū)動模塊、模擬通訊模塊三個功能模塊，以完成相應(yīng)的工作。

進(jìn)一步地，每個子微網(wǎng)控制器在一次工作循環(huán)開始，先調(diào)用模擬通訊模塊獲取區(qū)域微網(wǎng)控制器的數(shù)據(jù)，然后從任務(wù)管理模塊獲取狀態(tài)指令，若為非工作指令則休眠一段時間后在進(jìn)入下一輪工作循環(huán)；若為可工作指令則調(diào)用算法驅(qū)動模塊，按照具體的微網(wǎng)群工況驅(qū)動相應(yīng)的控制算法，并在控制算法結(jié)束后重新調(diào)用模擬通訊模塊上傳數(shù)據(jù)給區(qū)域微網(wǎng)控制器。

進(jìn)一步地，區(qū)域微網(wǎng)控制器在一次工作循環(huán)開始，從任務(wù)管理模塊獲取狀態(tài)指令，若為非工作指令則休眠一段時間后在進(jìn)入下一輪工作循環(huán)；若為可工作指令則調(diào)用算法驅(qū)動模塊，按照具體的微網(wǎng)群工況驅(qū)動相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制算法。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)交互，并包含以下規(guī)則：

1）數(shù)據(jù)庫以控制器為單位分成同等數(shù)量的子庫，每個子庫中的數(shù)據(jù)表又進(jìn)一步分為工作狀態(tài)表、控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)表、控制器交互數(shù)據(jù)表；其中工作狀態(tài)表記錄該控制器的工作狀態(tài)，內(nèi)部數(shù)據(jù)表儲存該控制器的私有數(shù)據(jù)，交互數(shù)據(jù)表儲存需要交互的數(shù)據(jù)；

2）不同控制器對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有不同的訪問權(quán)限，具體而言，每個控制器分別能夠訪問各自對應(yīng)子庫中的所有數(shù)據(jù)表；各子微網(wǎng)控制器同時能夠訪問區(qū)域微網(wǎng)中央控制器的工作狀態(tài)表和交互數(shù)據(jù)表。

進(jìn)一步地，所述的任務(wù)管理模塊能夠訪問所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的所有工作狀態(tài)表，并根據(jù)微網(wǎng)群所處工況自動切換各控制器的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述的算法驅(qū)動模塊在獲取控制器的工作狀態(tài)后，若判斷為需要啟動黑啟動或并網(wǎng)或離網(wǎng)或并/離網(wǎng)切換的控制策略，則驅(qū)動相應(yīng)的控制算法；算法執(zhí)行完成后，需要與其它控制器交互的數(shù)據(jù)保存到所述的交互數(shù)據(jù)表，不需交互的數(shù)據(jù)則保存到所述的內(nèi)部數(shù)據(jù)表；該模塊還提供MATLAB（一種數(shù)值計(jì)算軟件）引擎接口，允許接入由MATLAB編寫的控制算法。

進(jìn)一步地，所述的模擬通訊模塊能夠訪問所述的交互數(shù)據(jù)表，完成區(qū)域微網(wǎng)中央控制器與各子微網(wǎng)中央控制器的數(shù)據(jù)互傳。

進(jìn)一步地，所述的圖形用戶界面模塊能夠訪問所述的所有內(nèi)部數(shù)據(jù)表和交互數(shù)據(jù)表，并實(shí)時展示在圖形用戶界面上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)，適用于微網(wǎng)群仿真，其架構(gòu)充分體現(xiàn)了真實(shí)微網(wǎng)群中各控制器相對獨(dú)立又相互制約的硬件架構(gòu)特點(diǎn)，能夠很好地模擬微網(wǎng)群的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，可以作為驗(yàn)證微網(wǎng)群控制策略在實(shí)際生產(chǎn)中的有效性與穩(wěn)定性的一個便捷途徑；同時，各控制器的算法層允許接入由MATLAB編寫的算法程序，可以利用MATLAB成熟的數(shù)值計(jì)算能力，具有較高算法擴(kuò)展能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)的單個控制器結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以便更清楚、直觀地理解本發(fā)明的發(fā)明實(shí)質(zhì)，需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

參照圖1和圖2，其為一種模擬信息交互的微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、任務(wù)管理模塊、算法驅(qū)動模塊、模擬通訊模塊、圖形用戶界面模塊五個部分構(gòu)成，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，其它各模塊均與該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；任務(wù)管理模塊負(fù)責(zé)管理區(qū)域微網(wǎng)中央控制器與各子微網(wǎng)中央控制器的工作狀態(tài)切換；算法驅(qū)動模塊用于驅(qū)動各控制器各自的控制算法；模擬通訊模塊負(fù)責(zé)各控制器之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸；圖形用戶界面模塊用于對微網(wǎng)群各部分進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)展示。

參照圖1，所述微網(wǎng)群仿真系統(tǒng)在運(yùn)行時，表現(xiàn)為多進(jìn)程并發(fā)結(jié)構(gòu)，其中每一個進(jìn)程代表一個控制器（區(qū)域微網(wǎng)中央控制器或子微網(wǎng)中央控制器）；控制器之間的數(shù)據(jù)交互在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行；參照圖2，每個控制器在運(yùn)行中會各自單獨(dú)調(diào)用所述的任務(wù)管理模塊、算法驅(qū)動模塊、模擬通訊模塊三個功能模塊，以完成相應(yīng)的工作。

每個子微網(wǎng)控制器在一次工作循環(huán)開始，先調(diào)用模擬通訊模塊獲取區(qū)域微網(wǎng)控制器的數(shù)據(jù)，然后從任務(wù)管理模塊獲取狀態(tài)指令，若為非工作指令則休眠一段時間后在進(jìn)入下一輪工作循環(huán)；若為可工作指令則調(diào)用算法驅(qū)動模塊，按照具體的微網(wǎng)群工況驅(qū)動相應(yīng)的控制算法，并在控制算法結(jié)束后重新調(diào)用模擬通訊模塊上傳數(shù)據(jù)給區(qū)域微網(wǎng)控制器。

區(qū)域微網(wǎng)控制器在一次工作循環(huán)開始，從任務(wù)管理模塊獲取狀態(tài)指令，若為非工作指令則休眠一段時間后在進(jìn)入下一輪工作循環(huán)；若為可工作指令則調(diào)用算法驅(qū)動模塊，按照具體的微網(wǎng)群工況驅(qū)動相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制算法。

本實(shí)施例采用的數(shù)據(jù)庫軟件為MySQL，數(shù)據(jù)庫以控制器為單位分成同等數(shù)量的子庫，每個子庫中的數(shù)據(jù)表又進(jìn)一步分為工作狀態(tài)表、控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)表、控制器交互數(shù)據(jù)表，其中工作狀態(tài)表記錄該控制器的工作狀態(tài)，內(nèi)部數(shù)據(jù)表儲存該控制器的私有數(shù)據(jù)，交互數(shù)據(jù)表儲存需要交互的數(shù)據(jù)；每個控制器分別能夠訪問各自對應(yīng)子庫中的所有數(shù)據(jù)表以及區(qū)域微網(wǎng)中央控制器的工作狀態(tài)表和交互數(shù)據(jù)表。

本實(shí)施例采用的算法驅(qū)動模塊由Python語言編寫，通過MATLAB Engine調(diào)用MATLAB程序以實(shí)現(xiàn)控制算法，所執(zhí)行的算法需要根據(jù)從任務(wù)管理模塊獲取的指令來判斷；算法執(zhí)行完成后，需要與其它控制器交互的數(shù)據(jù)保存到所述的交互數(shù)據(jù)表，不需交互的數(shù)據(jù)則保存到所述的內(nèi)部數(shù)據(jù)表。

本實(shí)施例采用的圖形用戶界面為網(wǎng)頁形式，能夠訪問所述的所有內(nèi)部數(shù)據(jù)表和交互數(shù)據(jù)表，并實(shí)時展示在網(wǎng)頁上。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。