基于网络镜像和全局传播率的微电网通信拓扑设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，首先判断微电网分布式有向网络的通信连通性；接着对于连通型有向通信网络，基于镜像操作获得其镜像网络，并基于代数连通度和通信成本选择最大性能指标所对应的最优分布式有向通信拓扑；对优化分布式通信拓扑，基于全局传播率和出度，求取对应于不同牵制数目的牵制分布式电源集；最后基于微电网的最优分布式通信网络和牵制点，建立微电网分布式二次电压控制，实现无功功率均分和平均电压恢复。该设计方法基于图论理论，以代数连通度、节点出度和全局传播率为控制目标，为分布式二次控制的控制结构设计提供依据，实现无功功率均分和平均电压恢复，进而提高微电网的动态性能。

Communication topology design method of microgrid based on network image and global propagation rate

【技术实现步骤摘要】
基于网络镜像和全局传播率的微电网通信拓扑设计方法
本专利技术涉及微电网运行控制
，尤其涉及一种基于网络镜像和全局传播率的微电网通信拓扑设计方法。
技术介绍
随着地球资源的日渐衰竭以及人们对环境问题的关注，可再生能源的接入越来越受到世界各国的重视。微电网是一种在能量供应系统中增加可再生能源和分布式能源渗透率的新兴能量传输模式，其组成部分包括不同种类的分布式能源(distributedenergyresources，DER，包括微型燃气轮机、风力发电机、光伏、燃料电池、储能设备等)、各种电负荷和/或热负荷的用户终端以及相关的监控、保护装置。微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必须的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。微电网与大电网之间通过公共连接点进行能量交换，双方互为备用，从而提供了供电的可靠性。由于微电网是规模较小的分散系统，与负荷的距离较近，可以增加本地供电的可靠性、降低网损，大大增加了能源利用效率，是一种符合未来智能电网发展要求的新型供电模式。正常情况下，微电网并网运行，由大电网提供电压、频率支撑；当发生突发性或计划性事件导致微电网脱网时，微电网将工作在自治状态。下垂控制策略由于不需要主导分布式电源及联络线间联系而获得了广泛的关注。当需要微电网由并网模式转向独立运行模式时，各分布式电源可以自动分担微网内负载功率。但由于下垂控制是比例有差控制，会引起电压的稳态偏差，且无功功率分配的效果不理想，因此，需要采用二次协同控制以协助电压恢复及无功均分，一致性理论则是实现协同控制的有效途径。在大规模系统中，考虑到通信成本及网络复杂度等因素，基于牵制一致性的有向分布式通信拓扑得到了广泛的应用。随着开放式通讯方式尤其是无线通讯的发展，分布式通讯拓扑设计成为分布式二次控制的主要内容。为了减少通信成本，提高系统收敛性能，有必要对有向通信拓扑结构及牵制分布式电源集进行优化设计，提升系统的动态性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供基于网络镜像和全局传播率的微电网通信拓扑设计方法，基于无向网络中的拓扑优化设计方法，提出考虑系统收敛性能、网络通信成本的有向通信网络拓扑优化指标及计算方法，并针对最优通信拓扑，提出考虑系统收敛性能的牵制集优化指标，从而为分布式二次控制的控制结构设计提供依据，实现无功功率均分和平均电压恢复，进而提高微电网的动态性能。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通拓扑设计方法，用于孤岛微电网的下垂运行模式下的信息交互方式实现控制，包括如下步骤：步骤A.判断微电网中所有分布式有向通信网络的连通性，选出连通型有向通信网络，作为候选通信网络，然后进入步骤B；步骤B.基于镜像操作获得候选通信网络的镜像网络，获取各个镜像网络对应的代数连通度和通信成本，选择最大性能指标所对应的最优分布式有向通信拓扑，然后进入步骤C；步骤C.对步骤B中获得的最优通信拓扑，基于全局传播率及出度，求取对应于不同牵制数目的牵制分布式电源集，然后进入步骤D；步骤D.基于微电网的最优分布式有向通信网络和牵制分布式电源集，建立微电网分布式二次电压控制，实现无功功率均分和平均电压恢复。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤A中，在微电网所有分布式有向通信网络中，按如下步骤A01至步骤A02，选取连通型分布式有向通信网络，作为微电网的候选通信网络：步骤A01.针对分布式通讯拓扑结构，引入所对应的连通度矩阵如下式所示：其中，RC表示分布式通讯拓扑结构的连通度矩阵；表示分布式有向通信拓扑结构的邻接矩阵，由各分布式电源间的连接元素组成，+表示矩阵的布尔和，aij表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源的直接通信连通性；步骤A02.基于式(1)，获得RC＝[rij]，其中，rij表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源的通信连通性，rij＝1表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源具有通信连通性，rij＝0表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源不具有通信连通性，若RC中所有的非对角元素rij均等于1，则该分布式有向通信网络为连通型网络，若RC中存在非对角元素rij等于0，则该分布式有向通信网络为非连通型网络。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B中，基于镜像操作，按如下步骤B01至步骤B02，获取各个候选有向通信网络的无向镜像副本：步骤B01.基于图论，用有向图表示各个候选通信网络的拓扑结构，其中为分布式电源节点集，E表示分布式有向通信网络中通信链路的集合，表示分布式有向通信网络中的直接连通性。步骤B02.针对用有向图表示的各个候选通信网络，根据如下公式：获得各个候选通信网络对应的无向镜像副本其中，为将有向通信拓扑中所有信息传递方向反向后得到的通信链路的集合。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B中，针对各个镜像网络，根据如下公式：获取各个镜像网络对应的代数连通度其中，x表示各分布式电源的状态量，为无向镜像图的拉普拉斯矩阵，可根据如下公式：获得；其中，L为有向图G的拉普拉斯矩阵，Δ为对角阵，其对角元Δii表示有向通信拓扑中分布式电源i的出度。同时针对各个镜像网络，根据如下公式：获得各个镜像网络对应的通信成本。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B中，针对满足规定收敛性能要求的各个候选拓扑结构，基于代数连通度和通信成本的加权和进行性能指标计算，并选择最大性能指标所对应的候选有向分布式通信拓扑，作为微电网的最优分布式通信拓扑。其中针对满足规定收敛性能要求的各个候选拓扑结构，分别对各个候选有向分布式拓扑结构，按如下公式：获取各个候选拓扑结构分别所对应的性能指标J(L)，并选择最大性能指标所对应的候选有向分布式拓扑结构，作为微电网的最优分布式通信拓扑结构，其中，表示候选拓扑结构所对应的代数连通度，Length表征候选拓扑结构所对应的通信成本。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C中，针对包含k个分布式电源的牵制集及非牵制集中任意分布式电源，根据如下公式：获得包含k+1个分布式电源的候选牵制集以及相应的非牵制集；其中表示包含k个分布式电源的牵制集，表示牵制分布式电源集对应的非牵制集，i表示非牵制集中任意分布式电源。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C中，针对包含k+1个分布式电源的候选牵制集，根据如下公式：获得各个候选牵制集对应的全局传播率；其中，表示从分布式电源i到分布式电源j的最短通信路径长度。同时针对包含k+1个分布式电源的候选牵制集，根据如下公式：获得各个候选牵制集对应的出度。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C中，针对各个包含k+1个分布式电源的候选牵制集，基于全局传播率及牵制集出度的和进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，用于孤岛微电网的下垂运行模式下的信息交互方式实现控制，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤A.判断微电网中所有分布式有向通信网络的连通性，选出连通型有向通信网络，作为候选通信网络，然后进入步骤B；/n步骤B.基于镜像操作获得候选通信网络的镜像网络，获取各个镜像网络对应的代数连通度和通信成本，选择最大性能指标所对应的最优分布式有向通信拓扑，然后进入步骤C；/n步骤C.对步骤B中获得的最优通信拓扑，基于全局传播率及出度，求取对应于不同牵制数目的牵制分布式电源集，然后进入步骤D；/n步骤D.基于微电网的最优分布式有向通信网络和牵制分布式电源集，建立微电网分布式二次电压控制，实现无功功率均分和平均电压恢复。/n

【技术特征摘要】
1.基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，用于孤岛微电网的下垂运行模式下的信息交互方式实现控制，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A.判断微电网中所有分布式有向通信网络的连通性，选出连通型有向通信网络，作为候选通信网络，然后进入步骤B；
步骤B.基于镜像操作获得候选通信网络的镜像网络，获取各个镜像网络对应的代数连通度和通信成本，选择最大性能指标所对应的最优分布式有向通信拓扑，然后进入步骤C；
步骤C.对步骤B中获得的最优通信拓扑，基于全局传播率及出度，求取对应于不同牵制数目的牵制分布式电源集，然后进入步骤D；
步骤D.基于微电网的最优分布式有向通信网络和牵制分布式电源集，建立微电网分布式二次电压控制，实现无功功率均分和平均电压恢复。


2.根据权利要求1所述一种基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，其特征在于，所述步骤A中，在微电网所有分布式有向通信网络中，按如下步骤A01至步骤A02，选取连通型分布式有向通信网络，作为微电网的候选通信网络：
步骤A01.针对分布式通讯拓扑结构，引入所对应的连通度矩阵如下式所示：



其中，RC表示分布式通讯拓扑结构的连通度矩阵；表示分布式有向通信拓扑结构的邻接矩阵，由各分布式电源间的连接元素组成，+表示矩阵的布尔和，aij表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源的直接通信连通性；
步骤A02.基于式(1)，获得RC＝[rij]，其中，rij表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源的通信连通性，rij＝1表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源具有通信连通性，rij＝0表示微电网中第j个分布式电源到第i个分布式电源不具有通信连通性，若RC中所有的非对角元素rij均等于1，则该分布式有向通信网络为连通型网络，若RC中存在非对角元素rij等于0，则该分布式有向通信网络为非连通型网络。


3.根据权利要求1所述基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，其特征在于，所述步骤B中，基于镜像操作，按如下步骤B01至步骤B02，获取各个候选有向通信网络的无向镜像副本：
步骤B01.基于图论，用有向图表示各个候选通信网络的拓扑结构，其中为分布式电源节点集，E表示分布式有向通信网络中通信链路的集合，表示分布式有向通信网络中的直接连通性。
步骤B02.针对用有向图表示的各个候选通信网络，根据如下公式：



获得各个候选通信网络对应的无向镜像副本其中，为将有向通信拓扑中所有信息传递方向反向后得到的通信链路的集合。


4.根据权利要求1所述基于网络镜像和全局传播率的微电网分布式通信拓扑设计方法，其特征在于，所述步骤B中，针对各个镜像网络，根据如下公式：



获取各个镜像网络对应的代数连通度其中，x表示各分布式电源的状态量，为无向镜像图的拉普拉斯矩阵，可根据如下公式：
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【专利技术属性】
技术研发人员：楼冠男，洪吟秋，顾伟，盛丽娜，杨权，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32