基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，步骤包括构建加入模糊PID控制器的微电网模型、设定微电网模型中各个分布式电源参数、采集电网运行时各并联逆变器输出的电压及频率并构建模糊PID控制器的输入集、利用模糊规则对下垂控制模型的输入参数进行整定并获取新的输入参数、将新的输入参数输入下垂控制模型中并根据输出结果获取优化参数、根据优化参数调整微电网模型对应电力系统逆变器的电压和频率；本发明专利技术能够对输出功率能够合理分配，使电压和频率的偏差得到有效的解决，提高了系统的稳定性和可靠性。

Optimal power distribution method of islanding power grid based on Fuzzy PID droop control

【技术实现步骤摘要】
基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法
本专利技术涉及微电网发电控制系统和电力电子控制
，尤其涉及一种基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法。
技术介绍
下垂控制(Droopcontrol)是通过模拟传统电力系统中同步发电机下垂外特性对逆变器实施控制的一种方法。系统在孤岛和并网两种模式下逆变器均采用下垂控制策略，在微网运行模式切换时不需要进行控制策略的切换，控制上具有连续性有利于微网运行模式的平滑切换。运行过程中逆变器输出的实际值与参考值比较，根据下垂特性调节使输出值逼近参考值。如图1所示，目前，低压微电网分布式电源并联线路呈阻性。阻性线路导致系统会出现一定的电压偏差，电压与无功为线性关系且各DG之间的线路等效阻抗不同，从而影响系统的无功调节和分布式电源(DistributedGeneration，简称DG)之间的无功分配。下垂系数的选择对系统的有功功率和无功功率调节有较大影响，较大的下垂系数使功率调节时波动明显，有功分配会产生偏差；较小的下垂系数功率调节不会有明显波动，但对功率调节影响程度较弱，无法合理分配。目前参数优化的算法有：模糊逻辑控制，神经网络算法，遗传算法，蚁群算法，粒子群算法等。模糊逻辑控制技术具有适用范围广、对时变负载具有一定的鲁棒性的特点，具有快速响应性并能够在极短时间内实现动态调节。模糊控制器包括四部分：模糊化。主要作用是选定模糊控制器的输入量，并将其转换为系统可识别的模糊量，具体包含以下三步：第一，对输入量进行满足模糊控制需求的处理；第二，对输入量进行尺度变换；第三，确定各输入量的模糊语言取值和相应的隶属度函数。规则库。根据人类专家的经验建立模糊规则库。模糊规则库包含众多控制规则，是从实际控制经验过渡到模糊控制器的关键步骤。模糊推理。主要实现基于知识的推理决策。解模糊。主要作用是将推理得到的控制量转化为控制输出。但是，采用模糊控制器进行孤岛电网优化功率在微电网发电控制领域却鲜有研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，能够对输出功率能够合理分配，使电压和频率的偏差得到有效的解决，提高了系统的稳定性和可靠性。本专利技术采用的技术方案为：基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，包括以下步骤：A、构建加入模糊PID控制器的微电网模型：微电网模型的下垂控制模型由功率环和电压电流双环构建并加入了频率补偿、电压补偿以及模糊PID控制器；B、设定微电网模型中各个分布式电源的容量、线路参数、给定电压和给定频率；C、采集电网运行时各并联逆变器输出的电压及频率，将其与给定值对比形成偏差项和偏差率，构建模糊PID控制器的输入集：计算每个分布式电源的频率偏差ef(t)、频率偏差率ecf(t)、电压偏差ev(t)和电压偏差率ecv(t)，每个分布式电源的偏差和偏差率计算公式如下：公式(1)中，ev(t)表示电压偏差，ef(t)表示频率偏差，ecv(t)表示电压偏差率，ecf(t)表示频率偏差率，U表示输出电压，Uref表示给定电压，f表示输出频率，fref表示给定频率；D、将步骤C所得输入集输入模糊PID控制器中，利用模糊规则对下垂控制模型的输入参数进行整定，获取新的输入参数；输入参数包括有功下垂系数Km、无功下垂系数Kn、积分系数KI和微分系数KD；E、将步骤D所得新的输入参数输入下垂控制模型中并根据输出结果获取优化参数；F：根据优化参数调整微电网模型对应电力系统逆变器的电压和频率。进一步地，所述步骤A具体包括：构建微电网控制模型，以电压型逆变器为接口实现系统分布式电源并联；逆变器输出的有功功率和无功功率为：公式(3)中，P表示逆变器有功功率，Q表示逆变器无功功率，U表示逆变器输出电压，Um表示公共母线电压，R表示线路的等效电阻，X表示线路的等效电抗；传统下垂控制特性表示为：公式(4)中，f表示输出频率；f0表示给定频率；P0表示给定有功功率；U表示输出电压；U0表示给定电压；Q0表示给定无功功率；下垂控制模型由功率环、电压电流双环构建并加入频率补偿、电压补偿以及模糊PID控制器；下垂控制模型的下垂控制特性为：公式(5)中，f′表示调节后的输出频率，P0表示给定有功功率，f表示实际输出频率，f0表示给定频率，P表示逆变器的有功功率；U′表示调节后的输出电压，U0表示给定电压，U表示实际输出电压，Q0表示给定无功功率，Q表示逆变器无功功率；Km表示有功下垂系数、Kn表示无功下垂系数、KI表示积分系数和KD表示微分系数。进一步地，所述步骤B中分布式电源容量的设定要求如下：微电网在孤岛运行时，各个分布式电源在下垂系数一致时逆变器输出功率按照设定的容量成比例进行分配；分配公式为：Km1P1＝Km2P2＝...＝KmiPiKn1Q1＝Kn2Q2＝...＝KniQiKmi为第i个分布式电源的有功下垂系数，Kni为第i个分布式电源的无功下垂系数，Pi为第i个分布式电源的有功功率，Qi为第i个电源的无功功率。进一步地，所述步骤D中，模糊PID控制器利用模糊规则对输入参数进行整定得到新参数值，控制策略就以此方式识别输出值和给定值之间的偏差，修正后使输出值靠近给定值，从而减少差值；具体为：模糊PID控制利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参数调整，以适应随时间推移的系统中电压和频率的偏差和偏差率对Km，Kn，KI，KD整定的要求，取偏差e(t)和偏差率ec(t)并输出Km，Kn，KI，KD模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，偏差、偏差率和Km，Kn，KI，KD量化等级为{-3，-2，-1，0，1，2，3}。进一步地，所述步骤E中，将整定得出的下垂系数、积分系数和微分系数输入到微电网下垂控制模型中，对模型参数进行相应调整并获取优化参数。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过建立双电源并联逆变器的微电网模型，其中下垂控制模型由功率环，电压电流双环构建并加入了频率和电压的补偿以及模糊PID控制器，利用模糊逻辑控制对下垂系数、积分系数和微分系数进行整定，微电网模型在孤岛状态下运行，可以满足两个电源的要求，对输出功率能够合理分配，电压和频率的偏差得到有效的解决，提高了系统的稳定性和可靠性。附图说明图1为传统的微电网模型电路结构示意图；图2为本专利技术的微电网模型中单个分布式电源的电路结构示意图；图3模糊PID控制器的特性图；图4为本专利技术中下垂控制模型的下垂控制特性图；图5为隶属度函数波形图；图6图6为传统微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的输出功率波形图；图7为传统微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的输出频率波形图；图8为传统微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的系统电压波形图；图9为本专利技术微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的输出功率波形图；图10为本专利技术微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的输出频率波形图；图11为本专利技术微电网模型中两个分布式电源DG1和DG2的系统电压波形图。具体实施方式本专利技术包括以下步骤：A、构建加入模糊PID控制器的微电网模型。如图2所示，本专利技术微电网模型的下垂控制模型由功率环和电压电流双环构建并加入了频率补偿、电压补偿以及模糊PID控制器；B、设定微电网模型中各个分布式电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤：A、构建加入模糊PID控制器的微电网模型：微电网模型的下垂控制模型由功率环和电压电流双环构建并加入了频率补偿、电压补偿以及模糊PID控制器；B、设定微电网模型中各个分布式电源的容量、线路参数、给定电压和给定频率；C、采集电网运行时各并联逆变器输出的电压及频率，将其与给定值对比形成偏差项和偏差率，构建模糊PID控制器的输入集：计算每个分布式电源的频率偏差ef(t)、频率偏差率ecf(t)、电压偏差ev(t)和电压偏差率ecv(t)，每个分布式电源的偏差和偏差率计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤：A、构建加入模糊PID控制器的微电网模型：微电网模型的下垂控制模型由功率环和电压电流双环构建并加入了频率补偿、电压补偿以及模糊PID控制器；B、设定微电网模型中各个分布式电源的容量、线路参数、给定电压和给定频率；C、采集电网运行时各并联逆变器输出的电压及频率，将其与给定值对比形成偏差项和偏差率，构建模糊PID控制器的输入集：计算每个分布式电源的频率偏差ef(t)、频率偏差率ecf(t)、电压偏差ev(t)和电压偏差率ecv(t)，每个分布式电源的偏差和偏差率计算公式如下：公式(1)中，ev(t)表示电压偏差，ef(t)表示频率偏差，ecv(t)表示电压偏差率，ecf(t)表示频率偏差率，U表示输出电压，Uref表示给定电压，f表示输出频率，fref表示给定频率；D、将步骤C所得输入集输入模糊PID控制器中，利用模糊规则对下垂控制模型的输入参数进行整定，获取新的输入参数；输入参数包括有功下垂系数Km、无功下垂系数Kn、积分系数KI和微分系数KD；E、将步骤D所得新的输入参数输入下垂控制模型中并根据输出结果获取优化参数；F：根据优化参数调整微电网模型对应电力系统逆变器的电压和频率。2.根据权利要求1所述的基于模糊PID下垂控制的孤岛电网优化功率分配方法，其特征在于：所述步骤A具体包括：构建微电网控制模型，以电压型逆变器为接口实现系统分布式电源并联；逆变器输出的有功功率和无功功率为：公式(3)中，P表示逆变器有功功率，Q表示逆变器无功功率，U表示逆变器输出电压，Um表示公共母线电压，R表示线路的等效电阻，X表示线路的等效电抗；传统下垂控制特性表示为：公式(4)中，f表示输出频率；f0表示给定频率；P0表示给定有功功率；U表示输出电压；U0表示给定电压；Q0表示给定无功功率；下垂控制模型由功率环、电压电流双环构建并加入频率补偿、电压补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊军华，姜耀鹏，王亭岭，史宏杰，阿旺多杰，张兴旺，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41