一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，同时考虑系统频率的恢复、关键节点电压的恢复和微电网运行经济的协同配合。建立了孤岛微电网的频率和电压恢复及经济运行的多目标统一优化模型，既简化了二次控制器的设计，又能够避免三者分别单独调节时存在的冲突。在求解该多目标优化问题时，采用规格化法平面约束NNC法求取多目标优化问题的帕累托最优解。本发明专利技术提出的调节方法可根据实际情况选取部分可调度DG和储能系统，具有操作简单的优点。所提出的控制方法以一次下垂控制为基础，在一次下垂控制完成后进行二次控制，即以等时间间隔的方式下给一次控制器的发送调整量，完成频率和电压的控制。

A two frequency and voltage control method for isolated island microgrid considering economy

The invention discloses an island microgrid secondary frequency and voltage control method which considers economy, and considers system frequency recovery, key node voltage recovery and economic cooperation of microgrid operation. A multi-objective unified optimization model for frequency and voltage recovery and economic operation of islanded microgrid is established, which not only simplifies the design of the secondary controller, but also avoids the conflicts when the three regulators are adjusted separately. When solving the multi-objective optimization problem, the normalization method of plane constrained NNC method is used to obtain the Pareto optimal solution of the multi-objective optimization problem. The adjusting method of the invention can select part of the dispatchable DG and the energy storage system according to the actual situation, and has the advantages of simple operation. The proposed control method is based on the primary droop control. After the primary droop control is completed, the secondary control is carried out, that is, the transmission adjustments are sent to the primary controller at equal time intervals to complete the control of frequency and voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法。
技术介绍
微电网是一个能够独立产生、消耗、存储及控制能量的小功率发电系统。主要由分布式电源(DistributedGeneration,DG)、储能装置(EnergyStorageDevice,ESD)、负荷及电力电子控制装置组成。DG主要包括风力发电、光伏发电、微型燃气轮机和柴油发电机等。微电网对推进节能减排、加快能源结构转型和实现可持续发展能够起到巨大的促进作用，是未来电网的重要组成部分。近年来国家大力发展新能源，光伏发电和风力发电随之广泛接入，这将导致新能源出力的不确定性越来越不可忽视，加上负荷快速的变动，微电网中由于功率波动造成的影响也越来越大；尤其是在孤岛运行时，电力电子化的微电网惯性低且缺少大电网的支撑作用，频率和电压将随频繁的扰动产生波动，影响电能质量。因此，对孤岛微电网的频率和电压实施有效控制是必不可少的。对于孤岛微电网的频率和电压控制以及经济调度，现有的控制方法有集中式控制、分布式控制、分层控制及它们的组合。集中式控制需要通过微电网中央控制器(MicrogridCenterController,MGCC)收集大量信息，集中计算后给各个局部控制器(LocalController,LC)下发调度指令。分布式控制中，局部控制器一方面监视自身DG的信息，一方面通过点对点通信与其他局部控制器交换信息，自身可以完成决策的产生与执行。分层控制有一次控制、二次控制和三次控制。各层控制解决不同的问题，一次控制通过频率-有功下垂控制和电压-无功下垂控制解决微电网频率和电压的快速稳定；二次控制解决频率和电压的恢复问题；三次控制解决微电网的经济调度问题。三个级别的控制分别作用在不同的时间尺度，三者协同配合可实现微电网的经济和优质运行。现有的微电网二级控制方法中，关注点集中在恢复微电网的频率和电压，通过局部控制器检测到电压和频率并与预先设定好的的额定值进行比较，并基于传统比例积分(ProportionalIntegral,PI)控制产生调节量，分别调节有功-频率下垂控制和电压-无功下垂控制的参数设定值，完成二次控制。调节频率和电压实际上是调节DG的有功和无功出力。现有的二次控制对于频率和电压的调整认为有功和无功之间是完全解耦的，当频率和电压的测量值偏离目标值时，借助改变PI控制器的参数设定值来完成频率和电压的恢复。这在高x/r比值线路的电网中情况确实如此，x表示线路电抗，r表示线路电阻。然而在实际微电网特别是低x/r比值的低压微电网中，有功与无功之间耦合比较紧密，单独对有功和无功进行调节可能会存在此消彼长的情况。因此在低压微电网中按照解耦的思想设计PI控制器来恢复系统的频率和电压，可能会在电压与频率一起调节的过程中产生冲突，从而出现不必要的波动。此外，目前二次控制方法对微电网的实时经济运行所做的考虑较少，一般把经济调度的任务分配在三次控制中，实际上微电网中的负荷和电源出力变化频繁，在频率和电压的控制中考虑实时经济调度也是非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，以利于提高微电网系统的电能质量。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，包括：建立孤岛微电网系统的频率和电压恢复及经济运行的多目标统一优化模型，所述多目标统一优化模型为：min(J1,J2)(12a)s.t.f(x1,x2)＝0(12b)g(x1,x2)≤0(12c)其中，minJ1表示最小化频率和关键节点的电压偏差，minJ2表示最小化系统的运行成本；式(12b)代表等式约束，式(12c)代表不等式约束；x1＝[Δω；ΔV；Pb；Qb]代表控制变量，Δω为可调度型DG的空载频率的附加增量，ΔV为可调度型DG的空载电压的附加增量，Pp和Qp分别表示可调度型DG的有功和无功功率；x2＝[θ；P；Q；V；ω]，θ为节点电压相角，P、Q分别为可调度型DG有功和无功出力，V、ω分别为节点电压幅值和系统频率；采用规格化法平面约束法求取多目标统一优化模型问题的帕累托最优解。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：1)将微电网频率二次控制、电压二次控制及经济运行三个问题统一描述为一个多目标优化模型，既简化了二次控制器的设计，又避免了三者分别单独调节时可能存在的冲突。2)提出利用NNC法求取考虑运行经济性的二次控制模型，能直观有效选出最优解集中的折中解，避免了采用加权和法选取重系数时出现的困难。3)所提出的控制方法可根据实际情况选择部分可调度型DG，仅需要调节这些DG的一次控制参数设定值和ESD的有功/无功设定值，相比调节所有可调度DG一次参数设定值和ESD有功/无功设定值的方式，具有控制简单、灵活的优点。附图说明图1为二次控制方法的框架图；图2为双目标优化问题的规格化子空间图；图3为五节点微电网结构图；图4为帕累托前沿图；图5a-d为负荷降低5％后的一次和二次控制完整过程图；其中：图5a为微电网频率图；图5b为关键节点电压图；图5c为DG和ESD有功变化图；图5d为DG和ESS无功变化图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，该方法包括：(一)考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制模型微电网在孤岛运行时，可调度型DG采用频率-有功和电压-无功下垂控制，ESD采用定有功/定无功控制模式，其中，可调度型DG采用的下垂控制实现了微电网系统中的一次频率和电压控制：ω＝ω0-KωP(1a)V＝V0-KvQ(1b)其中，ω0和V0是可调度型DG的空载频率和空载电压；ω和V分别代表可调度型DG接入点的实际系统频率和电压；Kω和Kν分别代表频率-有功和和电压-无功下垂系数；P和Q代表可调度型DG的实际有功和无功出力。由于逆变器具有快速响应特性，在扰动发生后一次控制能够快速调节系统的频率与电压，但这个调节过程结束后各DG的电压和系统频率仍会偏离它们的额定值。要进一步对频率和电压进行二次控制，就需要改变可调度型DG的空载频率ω0和空载电压V0的设定值及ESD的有功/无功功率的设定值。在执行二次控制时，可认为一次下垂控制已经结束，全网频率相等。因此，可调度型DG的有功功率与系统频率满足如下关系：ω＝ω0+Δω-KwP(2)式中，Δω为二次控制给可调度型DG设定的空载频率附加增量。可调度型DG的无功功率与各节点电压满足如下关系：V＝V0+ΔV-KvQ(3)式中，ΔV为二次控制给可调度型DG设定的空载电压附加增量。本实施例提出的二次控制方法框架可以用图1表示说明。图中标有阴影填充的DG代表根据实际情况选择的参与二次控制的可调度型DG。未标记的DG代表仅采用下垂控制但不参与二次控制的可调度型DG。因此，考虑了运行经济性的二次控制问题可以描述为：通过调节可调度型DG的空载频率和空载电压的附加增量Δω和ΔV，改变ESD的有功/无功设定值PESDset和QESDset，使得系统频率和节点电压偏离额定值最小和系统的运行成本最低。1、目标(1)最小化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，其特征在于，包括：建立孤岛微电网系统的频率和电压恢复及经济运行的多目标统一优化模型，所述多目标统一优化模型为：min(J1,J2)  (12a)s.t.f(x1,x2)＝0  (12b)g(x1,x2)≤0  (12c)其中，minJ1表示最小化频率和关键节点的电压偏差，minJ2表示最小化系统的运行成本；式(12b)代表等式约束，式(12c)代表不等式约束；x1＝[Δω；ΔV；Pb；Qb]代表控制变量，Δω为可调度型DG的空载频率的附加增量，ΔV为可调度型DG的空载电压的附加增量，Pp和Qp分别表示可调度型DG的有功和无功功率；x2＝[θ；P；Q；V；ω]，θ为节点电压相角，P、Q分别为可调度型DG有功和无功出力，V、ω分别为节点电压幅值和系统频率；采用规格化法平面约束法求取多目标统一优化模型问题的帕累托最优解。

【技术特征摘要】
1.一种考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，其特征在于，包括：建立孤岛微电网系统的频率和电压恢复及经济运行的多目标统一优化模型，所述多目标统一优化模型为：min(J1,J2)(12a)s.t.f(x1,x2)＝0(12b)g(x1,x2)≤0(12c)其中，minJ1表示最小化频率和关键节点的电压偏差，minJ2表示最小化系统的运行成本；式(12b)代表等式约束，式(12c)代表不等式约束；x1＝[Δω；ΔV；Pb；Qb]代表控制变量，Δω为可调度型DG的空载频率的附加增量，ΔV为可调度型DG的空载电压的附加增量，Pp和Qp分别表示可调度型DG的有功和无功功率；x2＝[θ；P；Q；V；ω]，θ为节点电压相角，P、Q分别为可调度型DG有功和无功出力，V、ω分别为节点电压幅值和系统频率；采用规格化法平面约束法求取多目标统一优化模型问题的帕累托最优解。2.如权利要求1所述的考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，其特征在于，式中，根号下的第一项表示系统频率偏差；根号下的第二项表示关键节点的电压偏差；minJ2＝F1+F2+F3+F4+F5(5a)F5＝PlossCloss(5f)其中，F1代表发电机的运行成本，Ng表示发电机数目，Pg表示第g台发电机的有功出力，ag和bg表示其费用系数(元/(kWh))；F2代表光伏电站的运行成本，Ns表示光伏电站数目，Ps表示第s个光伏电站光伏电站的有功出力，表示第s个光伏电站当前可用的最大有功出力，Cs表示单位弃光费用(元/(kWh))；F3代表风电场的运行费用，Nw表示风电场数目，Pw表示第w个风电场的有功出力，表示第w个风电场当前可用的最大有功出力，Cw表示单位弃光费用(元/(kWh))；F4代表储能装置的运行费用，Nb表示储能装置数目，P′b和P″b表示储能装置的放电和充电功率，C′b和C″b表示储能装置的放电和充电费用；F5代表网损费用，Ploss表示网络的总功率损耗，Closs表示单位网损费用(元/(kWh))。3.如权利要求1或2所述的所述的考虑经济性的孤岛微电网二次频率和电压控制方法，其特征在于，所述的等式约束包括：(1)节点功率平衡方程其中，Pi和Qi表示在节点i处电源向网络注入的有功和无功功率；PiL和QiL表示在节点i处的负荷有功和无功功率；Vi表示节点电压的幅值；表示节点i与j的电压相角差；Gij和Bij表示节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部。(2)采用下垂控制的可调度型DG约束由于可调度型DG采用下垂控制，所以其发出的频率的电压幅值受到下垂控制等式的约束：ω＝ωp0-KωpPp(7a)Vp＝Vp0-KvpQp(7b)其中，ω代表...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宁，张焕亨，吴亮，刘澧庆，刘明波，唐翀，
申请(专利权)人：广州环投设计研究院有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44