一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，该方法首先建立多微网优化协调运行控制架构，将多微网系统与双层有向图建立对应关系；然后利用双层有向图表示各代理之间的通信网络；最后根据双层有向图表示的通信网络分别设计分布式控制策略：下层控制利用一致性算法通过信息迭代修正下垂控制参数，实现分布式电源输出电压、频率的二次控制以及功率均分；上层控制用以调节网间功率互济，使多微网系统在不同情况下的运行更加合理。本发明专利技术不仅综合考虑各子微网的电压、频率稳定以及网间功率交互问题，还通过对多微网运行工况的划分，满足了各子微网运行的独立性和个性化需求。个性化需求。个性化需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法


[0001]本专利技术涉及多微网优化协调控制领域，尤其涉及一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法。

技术介绍

[0002]在碳中和背景下的电力清洁低碳化将加快推动传统电力系统积极向以可再生能源为主体的新型电力系统发展，利用这些可再生能源以及本地化石燃料进行发电供能的技术称为分布式发电，所述分布式发电技术目前得到广泛应用，新型电力系统中会有大量分布式电源DG接入。传统电力系统依靠集中式电能调度架构对电能进行管理，由于分布式发电在地理位置上呈现分散特征，所以大规模分布式电源(Distributed Generation, DG)接入会使配电网从辐射状结构转变为多电源结构，改变配电网中的潮流分布，所以导致传统的集中式电能调度架构不再适用于新型电力系统。微电网(Microgrid, MG)作为DG与配电网之间的枢纽，是推动电力系统转型、实现可再生能源高效利用的重要方式；在这样的背景下需要微电网MG将这些分布式电源DG进行就地整合，形成一个自治系统，发挥分布式电源DG的最高效能；同时，一定区域内多个临近的微电网可互联形成多微网系统。在互联运行模式下，临近的微电网可以协同运行并且相互支撑，大大提升了系统可再生能源的消纳水平和相互间的供电可靠性。然而与单个微电网相比，多微网系统的结构更加复杂，微电网间存在更多的功率、信息交互，如何综合考虑各子微网的电压、频率稳定以及网间灵活、合理的功率交互仍是亟待解决的关键问题。
[0003]近年来，有相关研究将集中式方法和分散式方法应用于多微网的运行控制中。集中式控制虽然能够实现整个系统的全局可观，但过于依赖中央控制器，单点故障会降低系统的可靠性；分散式控制虽然可靠性高，但仅仅依赖局部信息无法实现全局优化。分布式控制能够解决集中式与分散式控制的不足，由于其仅依靠局部信息交互即可实现分布式电源DG间的协调运行，在微电网领域中逐渐得到广泛应用。在多微网的分布式控制研究中，文献[何红玉, 范丽, 韩蓓, 等.基于一致性协议的多微网协调控制[J]. 电网技术, 2017, 41(4): 1269
‑
1276]设计双层一致性算法，即微电网间基于一致性算法实现功率分配，DG之间基于一致性算法实现调频调压，维持多微网电压、频率稳定；文献[于国星, 宋蕙慧, 侯睿, 等. 柔性直流互联孤岛微网群的分布式频率协同控制[J].电力系统自动化, 2020, 44(20): 103
‑
111.]使微电网间的换流器参与到分布式信息交互中，网内DG只需跟踪换流器即可恢复频率；文献[LAI Jingang, LU Xiaoqing, YU Xinghuo, et al. Cluster
‑
Oriented distributed cooperative control for multiple AC microgrids[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019, 15(11): 5906
‑
5918.]将多微网系统映射为网间和网内双层稀疏通信网络，网间控制实现多微网的功率分配并向每个微电网提供电压、频率参考值，网内控制负责调节各DG的输出电压和频率；文献[GONG Pingping, LU Ziguang, LIN Jingyu, et al. Distributed secondary control based on cluster consensus of inhibitory coupling with power limit for isolated multi
‑
microgrid[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2019, 13(18): 4114
−
4122.]及文献[LIU Wei, GU Wei, XU Yinliang, et al. General distributed secondary control for multi
‑
microgrids with both PQ
‑
controlled and droop
‑
controlled distributed generators [J]. IET Generation, Transmission and Distribution, 2017, 11(3): 707
‑
718.]提出分组一致性控制策略，该策略能够达到多目标一致状态，实现不同微电网内的功率分配。但是，在现有的这些多微网分布式控制策略中，当系统内某个节点功率变化时，在一致性协议的作用下，所有节点都会参与调节，这会增加控制器的计算任务，并且无法顾及子微网的独立性以及个性化需求。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，综合考虑多微网中各子微网的电压、频率稳定以及网间功率交互控制问题，通过对多微网运行工况的划分，能够兼顾运行时子微网的独立性以及个性化需求，在维持各子微网的电压、频率稳定的同时实现网间灵活、合理的功率交互。
[0005]本专利技术所述的一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其中所述多微网系统包含M个微电网MG，第k个子微网MG
k
包含m
k
个分布式电源DG，k∈N
MG
={1, ... , M}；第k个子微网MG
k
中的第i个分布式电源DG表示为DG
k,i
，；多微网中分布式电源DG的控制以及相互间的信息交互通过多代理系统实现；所述控制方法包括以下步骤：步骤1、建立多微网系统优化协调控制架构，将多微网系统与双层有向图建立对应关系；步骤2、利用下层有向图和上层有向图表示各代理之间的通信网络；步骤3、根据下层有向图和上层有向图表示的通信网络分别设计分布式控制策略。
[0006]进一步的，所述的步骤1具体包括：所述控制架构由孤岛多微网系统的物理结构以及各种代理之间的通信网络组成，子微网之间通过公共耦合点PCC实现互联，各子微网内不可控分布式电源DG与网内负载视为一个等效负荷，可控分布式电源DG的输出采取下垂控制进行调节：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，w
k,i
、U
k,i
为第k个子微网MG
k
中第i个分布式电源DG
k,i
的输出频率、电压；、为下垂控制的频率、电压参考值；、为有功下垂系数、无功下垂系数；、为分布式电源DG
k,i
的输出有功功率、输出无功功率。
[0007]进一步的，所述的步骤2具体包括：下层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其特征在于，所述多微网系统包含M个微电网MG，第k个子微网MG
k
包含m
k
个分布式电源DG，k∈N
MG
={1, ... , M}；第k个子微网MG
k
中的第i个分布式电源DG表示为DG
k,i
，；多微网中分布式电源DG的控制以及相互间的信息交互通过多代理系统实现；所述控制方法包括以下步骤：步骤1、建立多微网系统优化协调控制架构，将多微网系统与双层有向图建立对应关系；步骤2、利用下层有向图和上层有向图表示各代理之间的通信网络；步骤3、根据下层有向图和上层有向图表示的通信网络分别设计分布式控制策略。2.根据权利要求1所述的一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：所述控制架构由孤岛多微网系统的物理结构以及各种代理之间的通信网络组成，子微网之间通过公共耦合点PCC实现互联，各子微网内不可控分布式电源DG与网内负载视为一个等效负荷，可控分布式电源DG的输出采取下垂控制进行调节：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，w
k,i
、U
k,i
为第k个子微网MG
k
中第i个分布式电源DG
k,i
的输出频率、电压；、为下垂控制的频率、电压参考值；、为有功下垂系数、无功下垂系数；、为分布式电源DG
k,i
的输出有功功率、输出无功功率。3.根据权利要求1所述的一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括：下层有向图的数量与子微网的数量相等，其中的代理与微电网中的分布式电源DG对应，称为DG代理，利用下层有向图表示各DG代理之间的通信拓扑，其中非空节点集表示DG代理集合，与分布式电源DG
k,i
对应的DG代理称为DG
k,i
代理；表示边集；为邻接矩阵，a
k,ij
表示DG
k,i
代理与DG
k,j
代理之间通信权重；若，表示DG
k,j
代理向DG
k,i
代理传递信息，则a
k,ij
> 0，否则a
k,ij
=0；此外a
k,ii =0；DG
k,i
代理采集分布式电源DG
k,i
的运行状态信息，将该信息与DG
k,j
代理进行交互并将控制指令转变为分布式电源DG
k,i
下垂控制的设定值指令；上层有向图中的代理与PCC节点对应，称为PCC代理，利用上层有向图表示各PCC代理之间的通信拓扑，其中非空节点集V
up
={v1, v2,
ꢀ…
, v
M
}对应PCC代理集合，与第k个子微网MG
k
的PCC节点PCC
k
对应的PCC代理称为PCC
k
代理；表示
边集；为邻接矩阵，表示PCC
k
代理与PCC
s
代理之间通信权重；若，表示PCC
s
代理向PCC
k
代理传递信息，则，否则；PCC
k
代理接收来自下层有向图中所有DG代理采集到的状态信息，并将该信息与PCC
s
代理进行交互。4.根据权利要求1所述的一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其特征在于，步骤3中，根据下层有向图表示的通信网络设计基于下层有向图的下层控制，控制目标为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)(4)(5)(6)式中：w
n
、U
n
为频率、电压额定值，w
k,i
、U
k,i
为第k个子微网MG
k
中第i个分布式电源DG
k,i
的输出频率、电压；、为有功下垂系数、无功下垂系数；、为DG
k,i
的输出有功功率、输出无功功率。5.根据权利要求4所述的一种基于双层有向图的多微网优化协调运行控制方法，其特征在于，所述下层控制包括：频率控制器、有功控制器、电压观测器、电压控制器以及无功控制器：1) 频率控制器和有功控制器基于目标(3)和(5)，弥补下垂控制产生的频率偏差使所有分布式电源DG的输出频率恢复到额定值，并维持有功功率的按比例分配，对式(1)进行求导：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)令频率控制辅助变量；有功控制辅助变量；MG
k
中各分布式电源DG代理按照表示的通信网络进行信息交互，利用自身以及相邻代理的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾飞，程奕凌，刘明祥，刘建，蔡月明，岳东，窦春霞，吴巨爱，徐俊俊，杨杨，邹花蕾，朱三立，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：