一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法技术方案

本发明专利技术是一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，其特点是，包括分布式电压、频率下垂控制器设计以及分布式电压、频率二级控制器设计，该方法基于输入/输出反馈线性化理论和一致性理论，将传统集中式分级控制策略转化为一个一阶线性多智能体系统的同步问题，进而弥补了下垂控制带来的电压、频率误差。该方法相比于传统集中式分级控制方法，没有中央控制器且使用了稀疏的通信网络进而极大地提高了系统的可靠性；而且该方法能适用于微网较为复杂网络拓扑结构，实现了微网即插即用的特点。

Distributed voltage / frequency distributed two level control method for isolated microgrid based on multi-agent system

The present invention is a multi-agent system based on isolated microgrid voltage / frequency distributed two level control method, its characteristic is, including the design of two level distributed controller of voltage and frequency droop controller design and distributed voltage and frequency, the method based on the input / output feedback linearization theory and coherence theory, the traditional centralized classification the control strategy into the synchronization problem of a linear first-order multi-agent system, and then make up for voltage and frequency droop control error caused by. This method compared to the traditional centralized hierarchical control method, there is no central controller and uses the sparse communication network which greatly improves the reliability of the system; and the method can be applied to micro network complex network topology, realize micro network plug and play features.

【技术实现步骤摘要】
基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法
本专利技术涉及电力系统微网控制
，是一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法。
技术介绍
近年来，微网作为智能电网的重要组成部分得到了迅速发展，其运行模式一般分为并网模式、孤岛模式两类。正常情况下，微网以并网模式运行，与主网相连；当主网发生故障或有特殊运行要求的情况下，微网会脱离主网进入孤岛运行模式。微网在孤岛运行模式下，可通过下垂控制策略来调节微网的电压和频率。当负荷变化时，各分布式电源通过调节其电压和频率可使微网达到一个新的稳态工作点，进而实现功率的合理分配。但由于下垂控制是一种有差控制，负荷变化前后系统电压、频率会有所变化，如何弥补两者之间的误差，是亟需解决的重要问题之一。目前集中式分级电压、频率控制方法在电压、频率调节领域应用比较广泛，该方法在对一级下垂控制进行改进的基础之上，利用二级控制改善了电压、频率的质量，但该方法依旧存有误差，而且由于需要中央控制器和复杂的通信网络，其系统可靠性较低。随着多智能体系统控制理论的发展，其在电力系统运行控制中得到了广泛应用，基于多智能体系统的分布式控制方法能够更好实现网络中所有智能体的一致性，该方法能够更好地改善微网电压和频率的质量，而且该控制方法由于使用稀疏的通信网络因而具有较高的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种科学合理，可靠性高、电压及频率质量改善效果好的一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，其特征是，它包括以下内容：1)分布式电压一级下垂控制器设计为了使分布式电源的输出电压vo,magi同步到参考电压vref，为下垂控制选择一个合适的控制输入量Vni，分布式电压一级下垂控制器的设计步骤为：分布式电源的下垂特性用式(1)表示：vodi＝Vni-nQiQi(1)式中，vodi是输出电压vo,magi的直轴分量，运用输入-输出反馈线性化理论，将式(1)等式两边分别微分，即式中，uvi是辅助控制输入量，根据式(2)，分布式电压控制问题就转化为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现对vodi的同步，假设每个分布式电源在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系，辅助控制输入量uvi根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：uvi＝-cvevi(4)式中，cv为控制增益；evi为分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差，evi具体表达为固定增益gi≥0且至少有一个分布式电源能获取参考电压vref的值；为保证分布式电源输出的无功功率按照下垂控制方法分配，即分布式电源输出的无功功率须满足式(6)和式(7)：nQ1Q1＝nQ2Q2＝L＝nQiQi＝L＝nQNQN(7)式中，N为微网孤岛运行时分布式电源的数目，Qmax.i为第i个分布式电源的额定容量，由于下垂控制系数nQi是根据各分布式电源的额定容量制定的，所以式(6)等价于式(7)，因此，为了使分布式电压下垂控制方法满足式(6)和式(7)，需对式(2)中的引入附加的辅助控制量uqi，由此，将分布式控制问题则变成一个一阶线性多智能体系统的调节器同步问题：为了实现同步，辅助控制量uqi须满足下式：uqi＝-cqeqi(9)式中，为控制增益，eqi是分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差；eqi具体表达为电压控制输入量Vni设计为：Vni＝∫(uvi+uqi)dt(11)；2)分布式频率一级下垂控制器设计分布式频率一级下垂控制的目标是使各分布式电源的频率同步到额定值，其控制方法按照分布式电源的容量分配有功功率：mP1P1＝L＝mPNPN(13)同上，将分布式电源频率下垂特性等式两边分别微分得：其中，vfi是辅助控制输入量，频率控制输入量wni根据vfi得到，即wni＝∫vfidt(15)根据式(14)，分布式频率控制就转化为一阶线性多智能体系统的同步问题，即为了实现对wni的同步，辅助控制输入量vfi具体表达为：式中，cfi是控制增益，固定增益gi≥0且至少有一个分布式电源能获取参考角频率wref的值；3)分布式电压二级控制器设计为进一步改善电压质量，弥补分布式电压一级下垂控制器的误差，使各分布式电源的电压变化量δVni同步到枢纽母线电压变化量δVns，运用前述的输入-输出反馈线性化理论，将δVni微分：式中，uvci是辅助控制输入量，据式(18)，分布式二级电压控制也变为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现δVni的同步，假设每个分布式电源在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系，辅助控制输入量uvci根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：uvci＝-cvcevci(20)式中，cvc为控制增益；evci为分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差；evci具体表达为固定增益gi≥0且至少有一个分布式电源能获取枢纽电压变化量δVns的值。由式(18)-式(21)即可得出：δVni＝∫uvcidt(22)结合分布式一级及二级电压控制器，由式(11)和式(22)得到新的控制输入量4)分布式频率二级控制器设计为进一步改善频率质量，弥补分布式频率一级下垂控制器的误差，使各分布式电源的频率变化量δωni同步到枢纽母线频率变化量δωns，运用输入-输出反馈线性化理论，将δωni微分：式中，uωci是辅助控制输入量，根据式(24)，分布式频率二级控制也变为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现δωni的同步，假设每个分布式电源在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系，辅助控制输入量uωci根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：uωci＝-cωceωci(26)式中，cωc为控制增益；eωci为分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差；eωci具体表达为固定增益gi≥0且至少有一个分布式电源能获取枢纽频率变化量δωns的值；由式(24)-式(27)得出：δωni＝∫uωcidt(28)结合分布式一级及二级频率控制器，由式(15)和式(28)得到新的控制输入量本专利技术的基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法与现有集中式控制方法相比，具有如下优点：1.由于没有中央控制器和复杂的通信网络，且使用稀疏的通信网络结构进而具有更高的通信可靠性，可用于较为复杂的网状网络中；2.能够实现网络中多个智能体系统的一致性，相较于集中式控制方法更易实现电压和频率的稳定，并能达到较好的电压及频率质量；3.其科学合理，可靠性高、电压及频率质量改善效果好。附图说明图1是分布式电压一级下垂控制器的框图；图2是分布式频率一级下垂控制器的框图；图3是分布式电压二级控制器框图；图4是分布式频率二级控制器框图；图5是微网仿真模型示意图；图6是微网通信有向示意图；图7是传统下垂控制频率仿真结果示意图；图8是传统集中式分级控制频率仿真结果示意图；图9是分布式一级控制频率仿真结果示意图；图10是分布式二级控制频率仿真结果示意图；图11是传统下垂控制电压仿真结果示意图；图12是传统集中式分级控制电压仿真结果示意图；图13是分布式一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，其特征是，它包括以下内容：1)分布式电压一级下垂控制器设计为了使分布式电源的输出电压v

【技术特征摘要】
1.一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，其特征是，它包括以下内容：1)分布式电压一级下垂控制器设计为了使分布式电源的输出电压vo,magi同步到参考电压vref，为下垂控制选择一个合适的控制输入量Vni，分布式电压一级下垂控制器的设计步骤为：分布式电源的下垂特性用式(1)表示：vodi＝Vni-nQiQi(1)式中，vodi是输出电压vo,magi的直轴分量，运用输入-输出反馈线性化理论，将式(1)等式两边分别微分，即式中，uvi是辅助控制输入量，根据式(2)，分布式电压控制问题就转化为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现对vodi的同步，假设每个分布式电源在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系，辅助控制输入量uvi根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：uvi＝-cvevi(4)式中，cv为控制增益；evi为分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差，evi具体表达为固定增益gi≥0且至少有一个分布式电源能获取参考电压vref的值；为保证分布式电源输出的无功功率按照下垂控制方法分配，即分布式电源输出的无功功率须满足式(6)和式(7)：nQ1Q1＝nQ2Q2＝L＝nQiQi＝L＝nQNQN(7)式中，N为微网孤岛运行时分布式电源的数目，Qmax.i为第i个分布式电源的额定容量，由于下垂控制系数nQi是根据各分布式电源的额定容量制定的，所以式(6)等价于式(7)，因此，为了使分布式电压下垂控制方法满足式(6)和式(7)，需对式(2)中的引入附加的辅助控制量uqi，由此，将分布式控制问题则变成一个一阶线性多智能体系统的调节器同步问题：为了实现同步，辅助控制量uqi须满足下式：uqi＝-cqeqi(9)式中，为控制增益，eqi是分布式电源及其相邻分布式电源间的跟踪误差；eqi具体表达为电压控制输入量Vni设计为：Vni＝∫(uvi+uqi)dt(11)；2)分布式频率一级下垂控制器设计分布式频率一级下垂控制的目标是使各分布式电源的频率同步到额定值，其控制方法按照分布式电源的容量分配有功功率：mP1P1＝L＝mPNPN(13)同上，将分布式电源频率下垂特性等式两边分别微分得：其中，vfi是辅助控制输入量，频率控制输入量wni根据vfi得到，即wni＝∫vfidt(15)根据式(14)，分布式频率控制就转化为一阶线性多智能体系统的同步问题，即为了实现对wni的同步，辅助控制输入量vfi具体表达为：

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大为，蔡国伟，杨冬锋，侯国强，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22