能量路由器控制模型獲取方法及系統、控制器及控制方法與流程
2023-05-02 02:23:26 3
本發明涉及微電網控制技術領域，具體涉及一種能量路由器控制模型獲取方法及系統、控制器及控制方法。
背景技術：
隨著能源危機，全球變暖等全球性問題的出現，能源網際網路的概念被提出。與能源網際網路有關的研究在中國乃至全球都受到相關人員的廣泛關注。在能源網際網路概念被提出之前，針對分布式新能源的研究就已經展開。分布式新能源發電設備包括分布式風力發電機(簡稱：風機)，分布式光伏發電機(簡稱：光伏)，等等。早年間，人們對這些可再生清潔能源不重視，甚至不屑一顧，其主要原因如下。他們大多具有不確定性，間歇性，不可持續性，不穩定性，等諸多自身缺陷；之前的科學技術很難將他們與已有的大電網進行完美的融合；他們發電大多取決於天氣情況，而天氣不受人為控制；為了彌補天氣變化這一缺陷，我們需要在多種能源之間自由切換，而這項操作實施起來有一定難度；如何高效合理利用這些可再生能源，不造成不必要的損耗和浪費，也一直沒有得到很好的解決。能源網際網路概念的提出，巧妙地解決了上述分布式可再生新能源發展的障礙。能源網際網路的核心是能量路由器，正是能量路由器這一裝置，使得分布式可再生新能源發電得到穩定控制；使得分布式可再生能源與大電網可以有效融合；使得多種分布式可再生能源之間可以根據需要自由切換；使得大量分布式可再生能源得到高效合理利用，降低了發電輸電以及系統損耗。目前全球學術界和工業界普遍認為，能量路由器的構造，需要視具體環境而個性化定製，其運行原理也多種多樣。例如，有學者提出基於直流母線製造的能量路由器，也有人提出基於交流母線，或者交直流混合母線。
針對能源網際網路這一概念，目前全球研究人員正在對未來電力行業進行規劃，其中有一種規劃是：某一片區域面積較大，不過沒有大電網的接入，所有發電都依賴分布式可再生能源；在這片區域中，存在若干個微電網(簡稱：微網)；每個微網內有至少一個能量路由器，每個微網通過能量路由器互相連接。當這一整片區域與主幹網脫離時，我們稱之為離網狀態，或者孤島運行模式。在此狀態下，電能需要被合理傳輸，分配，調控，等，這都需要連接每個微網的能量路由器來完成控制。在我國，這個典型場景可以適用於戈壁，沙漠，山地等遠離城市，地處偏僻的地域。在這些區域，往往有一定的人員居住生活，但總人數不會很多。如果將大電網從城市地區架設到這些地方，顯然建設成本很高，另外遠距離輸電本身的線路損耗也非常大。因此，針對這種場景，依靠可再生新能源完成區域內供電就顯得經濟合理。在此，能源網際網路的相關技術不可或缺。
我們考慮一個最簡化的典型離網狀態下的能源網際網路場景，假設一片區域內僅存兩個微網，我們定義為微網一和微網二。兩個微網內分布式可再生能源只有光伏和風機，另外還有分布式儲能設備，包括分布式電池儲能設備(簡稱：電池)，分布式飛輪儲能設備(簡稱：飛輪)。微網一和微網二通過各自的能量路由器相連。我們假設兩個微網在地理位置上有一定距離，以至於兩個微網間電能輸送過程中會有不可忽視的能量損耗，尤其是在大量電能傳輸過程中，傳輸越多，損耗越大。同時，我們假設微網內負載種類較多，尤其包括敏感負載，即對電能質量要求較高的負載。我們假設微網內母線為交流母線，同時假設能量路由器也是基於交流母線而設計的。微網內交流母線頻率發生過大波動會對這些敏感負載帶來損壞，甚至對整個微網而言都可能是災難性的結果，如微網系統崩潰，等等。當某個微網內分布式可再生能源發電量富足時，多餘的電能可以被儲存進電池和飛輪。當某個微網內分布式可再生能源發電量不足時，電池和飛輪可以為微網系統提供電能。鑑於客觀存在的區域內輸電損耗，在這種場景下，我們更偏向於兩個微網各自通過自己的分布式可再生能源發電，和儲能設備的充放電，來完成微網內的全部供電。有一種特殊場景值得注意，即某個微網內分布式可再生能源發電量不足時，同時儲能設備也無法提供足夠電能時，那麼，此微網就必須從其相鄰微網獲取電能。這將由兩個微網各自的能量路由器控制並完成。此時，一套合理的控制策略就顯得尤為重要。如果控制策略不得當，有可能發生如下場景：當微網一內分布式可再生能源發電量不足，但微網一內儲能設備儲存的電能很豐富，此刻微網一內的能量路由器依然從微網二內調取電能，電能從微網二傳輸到微網一會產生線路損耗，顯然這樣做是不合理的。此刻的控制策略就應該是從微網一內的儲能設備獲取電能，而不是通過能量路由器從微網二獲取電能。由此可見，微網系統在運行時，主要面臨的困難和挑戰有：
1，如何在使用微網內儲能設備充放電的前提下，儘量使微網可以滿足電能的自我生產與消納，即儘量少的使用能量路由器通過外部微網傳輸電能，將線路上的輸電損耗最小化。
2，由於本微網內風機，光伏發電取決於氣候狀況，雖然可以預測，但預測總有誤差。另外風的大小方向，以及光照的強度角度都具有一定的隨機性以及不可控性。因此風機，光伏必然對微網內母線頻率造成一定擾動。另外，在用戶端隨機地接入和拔出負載也會對微網內交流母線頻率造成一定的波動，尤其是當大量插電式混動汽車和純電動汽車接入和拔出時。如何確保微網系統在存在客觀外界擾動輸入的前提下依然可以穩定抗幹擾運行，也是亟待解決的問題。
3，任何控制器的施加都會對系統造成一定成本上的上升。有時候一個很強大的控制器雖然可以有效對系統進行降低線路損耗或抗幹擾控制，但是很可能這個控制器會對系統帶來巨大的成本或代價。如何設計一個合理的控制器，既能達到降低線路損耗或抗幹擾的需要，同時保證它本身給系統帶來的成本或代價較小，也是需要考慮的問題。但目前並沒有能夠符合上述要求的能量路由器的控制器。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種能量路由器控制模型獲取方法及系統、控制器及控制方法；能夠實現微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：
一方面，本發明提供一種能量路由器的控制模型的獲取方法，所述獲取方法包括：
建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組；
根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，其中，所述綜合控制系統狀態模型中包括微網中的能量路由器的控制輸入；
定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準；
求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型。
進一步地，所述建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組，包括：
測量得到微網中各設備的時間慣性常數，以及交流母線的阻尼係數與慣性常數；
根據所述微網中各設備的時間慣性常數，以及交流母線的阻尼係數與慣性常數，以線性常微分方程建立微網中各設備功率變化方程和交流母線頻率變化方程；
以及，根據所述微網中各設備功率變化方程和交流母線頻率變化方程，得到所述微網運行狀態方程組；其中，所述微網中各設備包括：風機、光伏、能量路由器、電池和飛輪；
相應的，所述微網運行狀態方程組如公式一所示：
在公式一中，x1為風機功率變化值；x2為光伏功率變化值；x3為能量路由器連接外部微網埠功率變化值；x4為電池功率變化值；x5為飛輪功率變化值；x6為交流母線頻率變化值；x7為負載功率變化值；和分別為x1、x2、x3、x4、x5和x6對時間的導數；a1、a2、a3、a4和a5分別為風機、光伏、能量路由器、電池和飛輪的時間慣性常數的倒數；v1為微網覆蓋區域內的風量值；v2為微網覆蓋區域內的太陽光照強度；u為所述控制輸入；b為控制器參數；d為阻尼係數；m為慣性常數。
進一步地，所述根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，包括：
對所述微網運行狀態方程組進行矩陣變換，得到微網的綜合控制系統狀態模型，所述微網的綜合控制系統狀態模型如公式二所示：
在公式二中，x為綜合控制系統狀態，且x＝[x』1,x'2,x'3,x'4,x'5,x'6]'；v為綜合控制系統擾動輸入，且v＝[v』1,v'2]'；a、b和c均為綜合控制系統參數矩陣，其中，
以及，將交流母線頻率變化值x6定義為綜合控制系統的被控輸出，並將x6記為z，且z＝[000001]x。
進一步地，所述定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準，包括：
根據所述微網的綜合控制系統狀態模型，將電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及施加控制器後對系統帶來的額外運行成本的量化標準定義為微網消耗與成本量化標準方程；
以及，根據所述微網的綜合控制系統狀態模型，定義能量路由器所連接的交流母線頻率抗幹擾標準。
進一步地，所述根據所述微網的綜合控制系統狀態模型，將電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及施加控制器後對系統帶來的額外運行成本的量化標準定義為微網消耗與成本量化標準方程，包括：
將電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及施加控制器後對系統帶來的額外運行成本的量化標準j1定義為公式三：
在公式三中，ε為線路傳輸損耗的放大係數；r為運行控制模型給微網系統運行帶來成本的放大係數；
將公式三變換為公式四，所述公式四即為所述微網消耗與成本量化標準方程：
在公式四中，
進一步地，所述能量路由器所連接的交流母線頻率抗幹擾標準如公式五所示：
||z(t)||0。
進一步地，所述求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型，包括：
根據控制理論中的最優和魯棒控制原理，通過納什均衡的方法，對所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入u進行求解，得到使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，以及使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準的混合h2/h∞控制的控制模型u*。
第二方面，本發明提供一種能量路由器的控制模型的獲取系統，所述獲取系統包括：
微網運行狀態方程組建立單元，用於建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組；
綜合控制系統狀態模型建立單元，用於根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，其中，所述綜合控制系統狀態模型中包括微網中的能量路由器的控制輸入；
標準方程定義單元，用於定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準方程；
能量路由器的控制模型獲取單元，用於求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制輸入信號。
第三方面，本發明提供一種能量路由器的控制器，所述控制器中存儲有能量路由器的控制模型；
所述能量路由器的控制模型根據所述的獲取方法獲得。
第四方面，本發明提供一種能量路由器的控制方法，所述控制方法包括：
應用所述的能量路由器的控制器對微網中的能量路由器的運行狀態進行控制。由上述技術方案可知，本發明提供的種能量路由器控制模型獲取方法及系統、控制器及控制方法，能量路由器控制模型獲取方法包括建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組；根據微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型；定義微網消耗與成本量化標準方程，以及微網內交流母線頻率抗幹擾標準；求解綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，並將使得微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化和微網內交流母線頻率抗幹擾標準方程的控制輸入作為能量路由器的控制模型。本發明能夠實現微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明的一種能量路由器的控制模型的獲取方法的流程示意圖；
圖2是離網狀態下兩個能源微網的示意圖；
圖3是微網內設備連接示意圖；
圖4是本發明的能量路由器的控制模型的獲取方法中步驟100的流程示意圖；
圖5是本發明的能量路由器的控制模型的獲取方法中步驟200的流程示意圖；
圖6是本發明的能量路由器的控制模型的獲取方法中步驟300的流程示意圖；
圖7是本發明的一種能量路由器的控制模型的獲取系統的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的實施例一提供了一種能量路由器的控制模型的獲取方法的具體實施方式，參見圖1，所述能量路由器的控制模型的獲取方法具體包括如下內容：
步驟100：建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組。
在步驟100中，微網運行狀態方程組建立單元建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組。可以理解的是，在能源網際網路場景中，當一定區域內的兩個微網均處於離網狀態時，假設兩個微網都是基於交流母線設計的，典型的離網狀態下兩個微網通過能量路由器相連的模型示意圖如圖2所示。其中，兩個微網間存在一定距離，會造成顯著的輸電線路損耗。這可以被認為是一種最典型的微網布局，具有一定的普適性。微網一內設備連接如圖3所示，其中分布式發電裝置包括：光伏、風機；分布式儲能裝置包括電池、飛輪；能量路由器負責整個區域內系統電能路由和控制。其中，風機，光伏和負載都會對微網一內交流母線頻率帶來不穩定性並造成一定的幹擾。電池和儲能負責吸收多餘的電能，以及當風機、光伏發電量不足時釋放電能。能量路由器負責如下幾點：微網一內部電能路由；確保微網一內交流母線頻率穩定且抗幹擾；當微網一內動用儲能放電後供電還不足時，從微網二調取電能(假設微網二可以有多餘電能供調度)；當微網一內儲能吸納足夠多電能後還有富餘電能被生產出來時，將多餘的電能從微網一輸送到微網二。
步驟200：根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，其中，所述綜合控制系統狀態模型中包括微網中的能量路由器的控制輸入。
在步驟200中，綜合控制系統狀態模型建立單元根據所述微網的功率變化方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型。
步驟300：定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準。
在步驟300中，標準方程定義單元定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準方程。
步驟400：求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型。
在步驟400中，能量路由器的控制模型獲取單元求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內能量路由器內部交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型。
可以理解的是，通過設計一種能量路由器的最優和魯棒控制器，能夠使得某個微網儘量完成能源的自我生產與消納，也就是說，控制微網儘量不要向相鄰微網輸送或獲取電能，使得這片區域內電能調度時線路上能量損耗最小，並且控制器本身給微網帶來的運行成本最小；同時使得此微網本身交流母線頻率得到穩定且具有一定的抗幹擾性。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制模型的獲取方法，通過一系列數學建模方法，將能源網際網路下離網狀態的微網場景，建模成一個線性的控制系統，並針對上述綜合模型，通過一系列數學方法，根據控制理論中最優和魯棒(即，混合h2/h∞)控制原理，運用納什均衡(nashequilibrium)的原理，獲取能量路由器的控制模型，實現了微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
在一種具體實施方式中，參見圖4，上述能量路由器的控制模型的獲取方法中的步驟100具體包括如下內容：
步驟101：測量得到微網中各設備的時間慣性常數，以及交流母線的阻尼係數與慣性常數。
步驟102：根據所述微網中各設備的時間慣性常數，以及交流母線的阻尼係數與慣性常數，以線性常微分方程的建立微網中各設備功率變化方程和交流母線頻率變化方程。
步驟103：根據所述微網中各設備功率變化方程和交流母線頻率變化方程，得到微網運行狀態方程組；其中，所述微網中各設備包括：風機、光伏、能量路由器、電池和飛輪。
在步驟103中，所述微網運行狀態方程組如公式一所示：
在公式一中，x1為風機功率變化值；x2為光伏功率變化值；x3為能量路由器連接外部微網埠功率變化值；x4為電池功率變化值；x5為飛輪功率變化值；x6為交流母線頻率變化值；x7為負載功率變化值；和分別為x1、x2、x3、x4、x5和x6對時間的導數；a1、a2、a3、a4和a5分別為風機、光伏、能量路由器、電池和飛輪的時間慣性常數的倒數；v1為微網覆蓋區域內的風量值；v2為微網覆蓋區域內的太陽光照強度；u為所述控制輸入；b為控制器參數；d為阻尼係數；m為慣性常數。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制模型的獲取方法，能夠有效對能源網際網路中處於離網狀態下的微網中的各設備的功率變化及交流母線的頻率變化進行模擬，保證了後續控制模型獲取的準確性。
在一種具體實施方式中，參見圖5，上述能量路由器的控制模型的獲取方法中的步驟200具體包括如下內容：
步驟201：對所述微網運行狀態方程組進行矩陣變換，得到微網的綜合控制系統狀態模型。
所述微網的綜合控制系統狀態模型如公式二所示：
在公式二中，x為綜合控制系統狀態，且x＝[x』1,x'2,x'3,x'4,x'5,x'6]'；v為綜合控制系統擾動輸入，且v＝[v』1,v'2]'；a、b和c均為綜合控制系統參數矩陣，其中，
步驟202：將交流母線頻率變化值x6定義為綜合控制系統的被控輸出。
在步驟202中，將x6記為z，且z＝[000001]x。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制模型的獲取方法，能夠有效根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，為後續控制模型獲取的提供了準確的數據基礎。
在一種具體實施方式中，參見圖6，上述能量路由器的控制模型的獲取方法中的步驟300具體包括如下內容：
步驟301：根據所述微網的綜合控制系統狀態模型，將電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及施加控制器後對系統帶來的額外運行成本的量化標準定義為微網消耗與成本量化標準方程。
在步驟301中，將電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及施加控制器後對系統帶來的額外運行成本的量化標準j1定義為公式三：
在公式三中，ε為線路傳輸損耗的放大係數；r為運行控制模型給微網系統運行帶來成本的放大係數；
將公式三變換為公式四，所述公式四即為所述微網消耗與成本量化標準方程：
在公式四中，
步驟302：根據所述微網的綜合控制系統狀態模型，定義能量路由器內部交流母線頻率抗幹擾標準。
在步驟302中，所述能量路由器內部交流母線頻率抗幹擾標準如公式五所示：
||z(t)||0。
在一種具體實施方式中，上述能量路由器的控制模型的獲取方法中的步驟400具體包括如下內容：
根據控制理論中的最優和魯棒控制原理，通過納什均衡的方法，對所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入u進行求解，得到使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，以及使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準的混合h2/h∞控制的控制模型u*。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制模型的獲取方法，通過一系列數學建模方法，將能源網際網路下離網狀態的微網場景，建模成一個線性的控制系統，並針對上述綜合模型，通過一系列數學方法，根據控制理論中最優和魯棒(即，混合h2/h∞)控制原理，運用納什均衡(nashequilibrium)的原理，設計一種能量路由器的控制模型，使得微網系統可以滿足低成本低損耗且抗幹擾的特性。
為進一步的說明本方案，本發明還提供了一種能量路由器的控制模型的獲取方法的應用實例，該能量路由器的控制模型的獲取方法的應用實例具體包括如下內容：
s1：用線性常微分方程模擬風機發電時電能功率變化。關鍵在於測量其時間慣性常數。得到風機功率變化的線性常微分方程，如
其中a1為風機時間常數的倒數，x1為風機功率變化，為x1對時間的導數，v1為區域內風量大小。
s2：用線性常微分方程模擬光伏發電時電能功率變化。關鍵在於測量其時間慣性常數。得到光伏功率變化的線性常微分方程，如
其中a2為光伏時間常數的倒數，x2為光伏功率變化，為x2對時間的導數，v2為區域內太陽光照強度。
s3：用線性常微分方程模擬能量路由器內連接外部微網埠電能功率變化。關鍵在於測量其時間慣性常數。得到風機功率變化的線性常微分方程，如
其中a3為能量路由器內連接外部微網埠時間常數的倒數，x3為能量路由器內連接外部微網埠功率變化，為x3對時間的導數，u為本發明需要設計的控制器，b為控制器參數。
s4：用線性常微分方程模擬電池充放電時電能功率變化。關鍵在於測量其時間慣性常數。得到電池功率變化的線性常微分方程，如
其中a4為電池時間常數的倒數，x4為電池功率變化，為x4對時間的導數，x6為微網一內交流母線的頻率變化。
s5：用線性常微分方程模擬飛輪充放電時電能功率變化。關鍵在於測量其時間慣性常數。得到飛輪功率變化的線性常微分方程，如
其中a5為飛輪時間常數的倒數，x5為飛輪功率變化，為x5對時間的導數，x6為微網一內交流母線的頻率變化。
s6：用線性常微分方程模擬微網一內交流母線的頻率變化。關鍵在於測量其阻尼係數與慣性常數。得到風機功率變化的線性常微分方程，如
其中d為阻尼係數，m為慣性常數，同上，x6為微網一內交流母線的頻率變化，x7為微網一系統內負載功率變化，滿足
x1+x2+x3+x4+x5+χ6+x7＝0
這充分體現了微網一內電能的供需平衡。
s7：聯列等式(1)-(6)，如
通過矩陣變換，將以上微分方程組改寫為一個綜合的控制系統狀態方程：
其中x＝[x』1,x'2,x'3,x'4,x'5,x'6]'為系統狀態，這裡′為矩陣轉置；
v＝[v』1,v'2]'為系統擾動輸入；u為系統控制輸入，也是本發明需要設計的能量路由器的控制器；矩陣a，b，c為系統參數，其中，
將線性常微分方程模擬微網一內交流母線的頻率變化x6定義系統被控輸出，記為z，則有z＝[000001]x。
s8：定義電能在兩個微網間輸送的線路損耗以及運行成本的一個量化標準為：
其中，參數ε(標量)為線路傳輸損耗的放大係數。參數r(標量)為控制器給微網系統運行帶來的成本的放大係數。定義矩陣：
則上述j1可以改寫為：
這樣，線路損耗以及運行成本最小化的問題被轉化為數學上lq最優控制的問題(linearquadraticoptimalcontrolproblem)，即：根據給定的系統狀態等式(7)，求解一種控制器u，使得j1最小化。這類lq最優控制問題也叫做h2控制問題。
s9：定義電能路由器內部交流母線頻率抗幹擾標準為：
||z(t)||<γ||v(t)||(8)
其中定義範數：
其中，常數γ＞0是擾動衰減係數。需要求解一種控制器u，使得系統(7)得到穩定，且滿足(8)。這樣，電能路由器內部交流母線頻率穩定且抗幹擾的問題被轉化為數學上的h無窮(h∞)控制問題。值得注意的是，數學求解此h∞控制問題時，會有不止一個控制器u滿足(8)。
s9：至此，需要求解一個唯一的控制器能夠同時滿足步驟8和步驟9的要求。這種耦合的數學問題被命名為混合h2/h∞問題。即設計一個控制器u*使得系統在滿足穩定性條件和h∞抗幹擾表現的前提下，且當最壞情況下的擾動輸入v*發生時，此控制器u*還能夠使得j1被最小化。在數學領域，這被看作一個納什均衡求解的問題。可以直接使用文獻【1】中的方法，通過最優和魯棒控制理論，進行求解該混合h2/h∞問題。求解過程中，計算機軟體matlab被用來求解耦合的黎卡迪微分方程(riccattidifferentialequation)，從而得到與系統狀態x線性相關的控制器u*的係數。最終求得得到最壞情況下的擾動輸入v*，還有期望的h2/h∞控制器u*。此控制器算法u*可以直接以信號方式輸入系統。其中，文獻【1】為d.j.n.limebeer,b.d.o.anderson,andb.hende,anashgameapproachtomixedh2/h∞control(1994)ieeetransactionsonautomaticcontrol,vol.39,no.1,pp.69-82.
從上述描述可知，本發明的應用實例的能量路由器的控制模型的獲取方法的有益效果如下：
(1)提出了能源網際網路場景中，離網狀態下的基於交流母線的微網系統的物理模型，並將其近似建模改寫為數學上的線性常微分方程組，簡潔明了。
(2)將能源網際網路場景下，離網狀態的微網運行時遇到的三個困難和挑戰分別用數學表達式來表示，其中要求控制器帶來的成本最低，以及線路損耗最小的問題被建模成最優控制(h_2)的問題，系統穩定抗幹擾的問題被建模成h_∞控制問題。求解的控制器同時滿足上述三個問題。至此，本發明將電力系統內的實際工程問題，建模轉換成了數學問題，即求解一個混合h_2/h_∞控制策略的問題。
(3)通過納什均衡的辦法求解數學上的混合h_2/h_∞控制問題。結論既滿足最優控制的需求，也滿足魯棒控制的需求，是同時兼顧兩者的最佳策略解。
(4)通過最優和魯棒控制理論，和計算機軟體matlab，成功解決該複雜的數學控制問題。本發明得到的控制器算法可以直接以信號方式輸入系統。
(5)本發明成功地控制了系統本身的穩定性，使得系統交流母線頻率有一定抗幹擾性，可以滿足用戶端一些敏感負載的用電需求。同時，微網可以最大限度地完成電能的自我生產和消納，即可以最小化地通過能量路由器向外部微網傳輸或接收電能，線路運行成本和輸電損耗可以達到最小。
(6)本發明雖然只針對兩個微網做出分析和結論，但這個方法具有一定的普適性，可以適用於多個微網。
本發明的實施例二提供了一種能量路由器的控制模型的獲取系統的具體實施方式，參見圖7，所述能量路由器的控制模型的獲取系統具體包括如下內容：
微網運行狀態方程組建立單元10，用於建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組。
綜合控制系統狀態模型建立單元20，用於根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，其中，所述綜合控制系統狀態模型中包括微網中的能量路由器的控制輸入。
標準方程定義單元30，用於定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準方程。
能量路由器的控制模型獲取單元40，用於求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制模型的獲取系統，通過一系列數學建模方法，將能源網際網路下離網狀態的微網場景，建模成一個線性的控制系統，並針對上述綜合模型，通過一系列數學方法，根據控制理論中最優和魯棒(即，混合h2/h∞)控制原理，運用納什均衡(nashequilibrium)的原理，獲取能量路由器的控制模型，實現了微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
本發明的實施例三提供了一種能量路由器的控制器的具體實施方式，所述能量路由器的控制器具體包括如下內容：
所述控制器中存儲有能量路由器的控制模型；
所述能量路由器的控制模型根據上述能量路由器的控制模型的獲取方法獲得，例如：
步驟100：建立能源網際網路中處於離網狀態下的微網運行狀態方程組。
步驟200：根據所述微網運行狀態方程組，建立微網的綜合控制系統狀態模型，其中，所述綜合控制系統狀態模型中包括微網中的能量路由器的控制輸入。
步驟300：定義微網消耗與成本量化標準方程，以及，微網內交流母線頻率抗幹擾標準方程。
步驟400：求解所述綜合控制系統狀態模型中的控制輸入，使得所述微網消耗與成本量化標準方程的取值被最小化，且使得微網內交流母線頻率滿足抗幹擾標準，將該控制輸入作為所述能量路由器的控制模型。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制器實現了微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
本發明的實施例四提供了一種能量路由器的控制方法的具體實施方式，所述能量路由器的控制方法具體包括如下內容：
應用所述的能量路由器的控制器對微網中的能量路由器的運行狀態進行控制。
從上述描述可知，本發明的實施例的能量路由器的控制方法實現了微網電能的自我生產與消納，並有效降低了相鄰微網之間的輸電損耗，提高了微網系統的穩定性和抗幹擾性，並有效降低了微網系統的運行成本。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。