一种基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法组成比例

一种基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法，对微电网系统进行建模，获得系统动态方程；确定控制目标；并构建分布式控制器；最后通过对系统稳态情况进行分析，实现频率恢复以及有功功率按需分配。本发明专利技术的方法考虑了交流微网中由底层下垂导致的频率偏差问题，所提出的分布式二层控制器不仅能实现频率恢复，而且能让有功功率按需分配，使得微网系统经济效益进一步的提高。使得微网系统经济效益进一步的提高。使得微网系统经济效益进一步的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法


[0001]本专利技术属于微电网控制领域，具体涉及一类基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法。

技术介绍

[0002]随着新型能源包括可再生能源(renewable energy source,RES)、风能(wind source，WS)和光伏(photovoltaic,PV)等快速发展以及对用电可靠性的提高，以高效、低碳的分布式电源(distributed generation，DG)为基础，结合储能单元、负荷和相关控制装置的微电网(Microgrid，MG)得到越来越多的关注。传统电力系统中的化石燃料热发电机不同，微电网系统中的DG一般由清洁能源进行供电，这些分布式能源通常会产生间歇性功率波动，并且发电能力也较弱。因此，这就导致微电网系统的控制会比常规电力系统控制更具挑战。
[0003]微电网工作模式主要有两种：既可以与大电网并联运行，也可以在电网故障下进行孤岛运行，独立为本地负载供电，具有较高的供电安全性和可靠性。当前，受传统电力系统控制的启发，孤岛式微电网主要采用分层控制结构：底层分散式下垂控制实现功率分配问题，二层控制旨在消除由底层下垂控制导致的电压和频率偏差问题，第三层控制则是经济调度以及优化问题。而对于二层控制中，主要有三种类型的控制策略：集中式、分散式以及分布式。集中式控制采用一个集成控制器来控制整个网络；分散式控制则采用了许多子控制器对每个DG进行控制，子控制器之间不存在信息的交互；分布式控制则使用子控制器及其邻居的信息进行控制，具有较高的灵活性和可靠性。
[0004]近年来，微电网控制系统与物联网、互联网呈现高度融合的趋势，而微电网的分布式控制也变得越来越多样化，但对于大多数的分布式二层控制而言，虽然考虑了频率及电压的恢复，但所涉及的功率分配问题却并未做过多的研究。在传统微网分布式控制中，有功功率的分配比都是由下垂增益来确定的，而这些下垂增益通常是根据DG的额定功率进行选取的，在实际微网系统中，这个比值并不能达到最佳的经济效益。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术提供了一种基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法，该方法不仅能解决下垂功能导致的频率偏离问题，使频率同步跟踪至基准值，还能实现微电网系统的输出有功功率按任意比例进行分配。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题提供了如下解决方案：
[0007]一种基于分布式二层控制的孤岛式交流微电网频率恢复及功率最优分配方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1)，建立交流微电网系统模型
[0009]基于下垂控制策略，获得交流微电网输出频率表达式如式(1)所示：
[0010][0011]其中τ
P
为滤波时间常数，ω为输出频率，ω
d
为频率设定值，k
P
为下垂系数，P为输出有功功率，P
d
为输出有功功率设定值；
[0012]步骤2)，当微电网运行在孤岛模式时，采集当前系统的运行数据，确定控制目标，过程如下：
[0013]2.1)首先，为解决下垂功能导致的频率偏差，实现频率跟踪目标，定义频率邻域跟踪误差定义为式(2)所示：
[0014][0015]其中ω
i
为第i个DG的输出频率，ω
j
为第j个DG的输出频率，ω
ref
为基准频率，为第i个DG的频率固定增益系数；
[0016]2.2)为优化输出有功功率分配，实现功率精确按需分配，定义最优有功功率分配误差，如式(3)所示：
[0017][0018]其中P
i
为第i个DG的输出有功功率，P
j
为第j个DG的输出有功功率，χ
i
为第i个DG的有功功率分配比，χ
j
为第j个DG的有功功率分配比；
[0019]步骤3)基于上述分析，构建分布式二层控制器如式(4)所示：
[0020][0021]e
ω
＝(L
c
+G)(ω
‑
ω
ref
)，e
P
＝L
c
χ
‑1P
[0022]其中为控制器增益系数，L
c
为微电网网络通信拉普拉斯矩阵，G为频率误差系数，χ为有功功率分配比；
[0023]步骤4)将底层下垂模型作为被控对象，将基于比例积分的分布式二层控制器应用于被控对象，实现频率恢复。
[0024]所述步骤3)中，采用频率误差项及功率分配误差项进行构建比例积分控制器，从而达到消除频率偏差以及功率按需分配的目的。在改变负载或DG等扰动下，控制系统仍能较好响应扰动，并消除扰动影响。
[0025]本专利技术中，首先通过对微电网运行数据进行采样，获得当前频率值，进一步得到频率误差量e
ω
作为控制其中的积分环节，实现频率补偿，为保证系统有功功率按需输出，将功率误差项e
P
作为控制器比例环节，实现功率控制目标。
[0026]本专利技术工作原理如下：先对交流微电网进行系统建模；构建频率误差以及功率误差项；进一步得到分布式二层比例积分控制器，将其补偿应用于系统模型，实现频率恢复以及功率的按需分配。
[0027]本专利技术的有益表现在：通过对交流微电网的建模，构造了一种全新的分布式二层控制器实现对微电网频率的恢复以及功率的精确分配。与现有技术相比，只需要邻居之间的信息通信来实现控制，不仅能实现频率的恢复，而且DG的输出有功功率不再只能按下垂
系数比值进行分配，而是能按任意比例进行输出，能极大提高经济效益，具有较高的实用价值。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施的流程图；
[0029]图2是本专利技术的控制策略框图
[0030]图3是当给定本文控制策略前后，频率以及输出有功功率实验对比图；
[0031]图4是当给定本文控制策略前后，频率以及输出有功功率实验对比图；
[0032]图5是当给定额外负载接入系统前后，频率以及输出有功功率对比图；
[0033]图6是当给定额外负载移除系统前后，频率以及输出有功功率对比图；
[0034]图7是当给定改变有功功率分配比，频率以及输出有功功率对比图；
[0035]图8是当给定改变有功功率分配比，频率以及输出有功功率对比图；
[0036]图9是改变微网中DG个数，频率以及输出有功功率对比图；
[0037]图10是DG物理连接及通信拓扑结构图。
具体实施方式
[0038]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本专利技术进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定专利技术。
[0039]参照图1～图10，一种基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式二层控制的孤岛式微电网频率恢复及功率最优分配方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1)，建立交流微电网系统模型基于下垂控制策略，获得交流微电网输出频率表达式如式(1)所示：其中τ
P
为滤波时间常数，ω为输出频率，ω
d
为频率设定值，k
P
为下垂系数，P为输出有功功率，P
d
为输出有功功率设定值；步骤2)，当微电网运行在孤岛模式时，采集当前系统的运行数据，确定控制目标，过程如下：2.1)首先，为解决下垂功能导致的频率偏差，实现频率跟踪目标，定义频率邻域跟踪误差定义为式(2)所示：其中ω
i
为第i个DG的输出频率，ω
j
为第j个DG的输出频率，ω
ref
为基准频率，为第i个DG的频率固定增益系数；2.2)为优化输出有功功率分配，实现功率精确按需分配，定义最优有功功率分配误差，如式(3)所示：其中P
i
为第i个DG的输出有功功率，P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭方洪，李赫，董辉，张文安，周丹，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：