本发明涉及能源路由系统控制，特别是涉及一种综合能源路由架构系统及其控制方法。
背景技术：
1、随着全球对可持续能源的关注和需求日益增长，传统的单一能源供应模式已经不能满足多元化和高效的能源需求，新型能源技术如太阳能、风能和储能技术的涌现，虽然为能源供应增加了多样性，但同时也带来了如何将其进行有效整合、优化和调度等难题，而上述难题的解决则需要一个高效能源路由系统来控制，以确保新型能源的最大效益和可靠性。
2、能源路由系统的实施具有深远的意义，它不仅可以提高整体能源效率并降低能源成本，还可以提供一种机制，确保在某种能源出现供应问题时，可通过其他能源确保供应连续性，进而增强了能源供应的可靠性；此外，通过提高可再生能源的利用率，有助于减少对环境的负面影响，然而实施此类系统还面临着以下三个方面的技术挑战，具体如下：
3、1、高性能、低成本的能源路由器架构构建难题：现有变换器采用单一si igbt或sic mosfet器件，难以同时实现能源路由器低损耗、高电能质量和低成本等目标，因此，如何构建高电能质量、高效率、高动态性能、高过载能力、低成本的能源路由器结构，并设计出针对该结构的高性能控制技术，同样是一个具有挑战性的技术难题；
4、2、多元化综合能源协同优化难题：不同类型的能源特点和运行模式差异性较大，且可再生能源的接入会带来严重的能量波动影响，因此，如何实现多能源的优化调度和协调，使能源的供应和需求达到动态平衡，是具有挑战性的技术难题；
5、3、复合应力影响下的安全可靠性提升难题：在运行工况、工作环境、负载情况等复合应力影响下，能源路由器内不同变换器的寿命存在较大差异性，严重影响了装置整体的安全及可靠性，因此，如何实现能源路由器的寿命预测和健康管理也成为当前具有挑战性的技术难题。
技术实现思路
1、为解决采用能源路由系统所引发的上述技术难题，本发明提供一种综合能源路由架构系统及其控制方法，所构建的能源路由系统具有能源质量优化、功率波动平抑、寿命预测及健康管理等功能，能以较低成本满足海洋工程、轨道交通、工业、智慧城市、农业和渔业等领域高效能、高能源质量、高安全及可靠的应用需求；为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
2、一种综合能源路由架构系统，包括储能模块、光伏模块、风力模块、超级电容模块以及sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块，所述储能模块、光伏模块、风力模块、超级电容模块以及sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块均连接在直流母线上，所述sicmosfet/si igbt交流变换器混合模块还通过交流母线与陆地电网、交流负载终端、波浪能系统以及储能系统连接；
3、所述sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块内设置有si igbtdc/ac变换器和sic mosfet dc/ac变换器；所述si igbt dc/ac变换器与sic mosfet dc/ac变换器采用并联方式连接后，一端连接至交流母线上，另一端连接到直流母线上；
4、所述储能模块内设置有蓄电池组，所述蓄电池组通过sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块连接到直流母线上，所述sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块内设置有si igbt dc/dc变换器和sic mosfet dc/dc变换器，所述si igbt dc/dc变换器和sicmosfet dc/dc变换器之间同样采用并联方式连接后，一端连接至蓄电池组，另一端连接到直流母线上；所述si igbt dc/dc变换器还与si igbt dc/ac变换器相连接。
5、优选的，所述光伏模块设置有光伏板，所述光伏板通过si igbt boost变换器连接到直流母线上，所述光伏板与si igbt boost变换器之间采用并联连接。
6、优选的，所述风力模块设置有风力发电机，所述风力发电机通过风力dc/ac变换器连接到直流母线上。
7、优选的，所述超级电容模块设置有超级电容，所述超级电容通过电容sic mosfetdc/dc变换器连接到直流母线上。
8、优选的，所述波浪能系统内设置有波浪能ac/ac变换器，所述储能系统内设置有储能dc/ac变换器。
9、一种综合能源路由架构系统的多能源协调优化控制方法，包括以下步骤：
10、步骤1、构建由综合能源路由架构系统的能源消纳、运维成本、储能成本、网损、电能质量五个参数组成的功率模型；
11、步骤2、设计包含系统运行成本fc、系统电能质量fq、电压/电流偏差fe、系统损耗fl的多目标优化函数fm，具体为：
12、
13、式中，a、b、c、d为权重系数，fdq为直流母线电压纹波，faq为si igbt dc/ac变换器产生的电流谐波，fde为直流母线电压偏差，fae为交流母线电流偏差；
14、步骤3，结合由鲸鱼优化算法、果蝇优化算法和人工蜂群优化算法混合组成的集群智能优化算法以及深度神经网络，对功率模型中的能源消纳、运维成本、储能成本、网损、电能质量进行优化求解，得到si igbt dc/ac变换器、sic mosfet dc/ac变换器、si igbt dc/dc变换器以及sic mosfet dc/dc变换器四个变换器的电压参考信号vn，设置n＝1,2,3,…。
15、优选的，所述集群智能优化算法用于优化深度神经网络中的网络权值和阈值，提升深度神经网络的优化性能；所述集群智能优化算法将粒子群体分为最优粒子群体、中等粒子群体和最差粒子群体；所述最优粒子群体通过鲸鱼优化算法的步长更新算法进行更新；所述中等粒子群体通过果蝇优化算法的步长更新算法进行更新，所述最差粒子群体通过人工蜂群优化算法的步长更新算法进行更新，并需进一步通过变异方程避免陷入局部最优状态，所述变异方程为：
16、
17、式中，x(w,n)为差粒子更新后的粒子，x(w,o)为当前最差粒子，x(b)为全局最优粒子，η为变异强度因子，r1为[0,1]之间的随机数。
18、优选的，优化所述深度神经网络的方法，包括以下步骤：
19、步骤1：建立一个大于等于5层的多层神经网络,随机生成一个总的粒子群体，粒子数量为np，初始化集群智能优化算法,建立多目标优化函数，并获取适应值。
20、步骤2：将总粒子群体分成三个子粒子群体(每个子粒子群体数量均为np/3)，分别通过鲸鱼优化算法、果蝇优化算法和人工蜂群优化算法的步长更新算法进行更新；然后，再对最差粒子群体进行变异操作。
21、步骤3：计算粒子个体适应值，并对粒子进行重组，分成三个新的子群体，当前优化迭代后，回到步骤1；如果达到最大迭代次数，进入下一步骤。
22、步骤4：得到最优参数，初始化网络权值和阈值，使用bp算法训练网络，并进行迭代优化，如果达到终止条件则进入下一步骤。
23、步骤5：输出每个变换器的电压参考信号(vn，n＝1,2,3,…)，控制功率模型。
24、一种sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块和sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块的异频协调交错控制方法，用于管理sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块和sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块，包括以下步骤，
25、步骤s1、通过外环控制环获得sic mosfet dc/dc变换器和si igbt dc/dc变换器的电流参考信号idref，电流参考信号idref通过系数k分配给sic mosfet dc/dc变换器和si igbt dc/dc变换器，且满足1-k<k以及0<k<1；
26、步骤s2、获取直流母线的电压纹波信号，通过比例积分控制得到需要抑制的sicmosfet/si igbt直流变换器混合模块的直流电流纹波信号，将其加入到sic mosfet dc/dc变换器电流控制环节中；
27、步骤s3、si igbt变换器的电流控制环节通过比例积分控制得到驱动信号g1，控制sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块内的si igbt dc/dc变换器；
28、步骤s4、sic mosfet变换器的电流控制环节获得驱动信号g2，通过驱动信号g2控制sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块内的sic mosfet dc/dc变换器，再返回步骤s1。
29、一种全频段功率波动平抑的混合储能控制技术，用于控制sic mosfet dc/dc变换器和si igbt dc/dc变换器，将sic mosfetdc/dc变换器与超级电容结合，采用高开关频率以快响应速度在综合能源路由架构系统出现高频段功率波动时，以平抑该功率波动；将基于si igbtdc/dc变换器与蓄电池组合，实现低频段功率波动的平抑功能；若高频段功率波动和低频段功率波动的平抑策略同时启动时，且当所需功率超过超级电容自身容量时，通过获取直流母线电压变化时斜率，采用高低频交叉频段混合策略控制储能模块电压参考信号和超级电容模块电压参考信号，实现全频段的削峰填谷目标。
30、本发明的有益效果：
31、(1)本发明异频协调交错控制策略可实现系统电能质量、效率、动态性能、过载能力、成本等指标的协同优化；多能源协调优化控制方法和全频段功率波动平抑的混合储能控制技术可优化系统网损、电能质量、运维成本，并实现系统全频段的削峰填谷；可靠性提升设计方法，通过利用寿命预测技术以及复合主动结温控制策略，可提升能源路由器整体的安全及可靠性；
32、(2)本发明具有能源质量优化、功率波动平抑、寿命预测及健康管理等功能，能以较低成本满足海洋工程、轨道交通、工业、智慧城市、农业和渔业等领域高效能、高能源质量、高安全及可靠的应用需求。
1.一种综合能源路由架构系统，包括储能模块、光伏模块、风力模块、超级电容模块以及sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块，其特征在于，所述储能模块、光伏模块、风力模块、超级电容模块以及sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块均连接在直流母线上，所述sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块还通过交流母线与陆地电网、交流负载终端、波浪能系统以及储能系统连接；
2.如权利要求1所述的一种综合能源路由架构系统，其特征在于，所述光伏模块设置有光伏板，所述光伏板通过si igbt boost变换器连接到直流母线上，所述光伏板与si igbtboost变换器之间采用并联连接。
3.如权利要求1所述的一种综合能源路由架构系统，其特征在于，所述风力模块设置有风力发电机，所述风力发电机通过风力dc/ac变换器连接到直流母线上。
4.如权利要求1所述的一种综合能源路由架构系统，其特征在于，所述超级电容模块设置有超级电容，所述超级电容通过电容sic mosfet dc/dc变换器连接到直流母线上。
5.如权利要求1所述的一种综合能源路由架构系统，其特征在于，所述波浪能系统内设置有波浪能ac/ac变换器，所述储能系统内设置有储能dc/ac变换器。
6.如权利要求1-5任一项所述的综合能源路由架构系统的多能源协调优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种多能源协调优化控制方法，其特征在于，所述集群智能优化算法用于优化深度神经网络中的网络权值和阈值，提升深度神经网络的优化性能；所述集群智能优化算法将粒子群体分为最优粒子群体、中等粒子群体和最差粒子群体；所述最优粒子群体通过鲸鱼优化算法的步长更新算法进行更新；所述中等粒子群体通过果蝇优化算法的步长更新算法进行更新，所述最差粒子群体通过人工蜂群优化算法的步长更新算法进行更新，并需进一步通过变异方程避免陷入局部最优状态，所述变异方程为：
8.如权利要求7所述的一种多能源协调优化控制方法，其特征在于，优化所述深度神经网络的方法，包括以下步骤：
9.一种sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块和sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块的异频协调交错控制方法，用于管理权利要求1所述的sic mosfet/si igbt交流变换器混合模块和sic mosfet/si igbt直流变换器混合模块，其特征在于，包括以下步骤，
10.一种全频段功率波动平抑的混合储能控制技术，用于控制权利要求1中的sicmosfet dc/dc变换器和si igbt dc/dc变换器，其特征在于，将sic mosfetdc/dc变换器与超级电容结合，采用高开关频率以快响应速度在综合能源路由架构系统出现高频段功率波动时，以平抑该功率波动；将基于si igbtdc/dc变换器与蓄电池组合，实现低频段功率波动的平抑功能；若高频段功率波动和低频段功率波动的平抑策略同时启动时，且当所需功率超过超级电容自身容量时，通过获取直流母线电压变化时斜率，采用高低频交叉频段混合策略控制储能模块电压参考信号和超级电容模块电压参考信号，实现全频段的削峰填谷目标。
