一種新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】的一種微網(wǎng)中微電源的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法。本發(fā)明首先測得微網(wǎng)中微電源輸出有功、無功功率，經(jīng)過低通濾波得到平均有功功率P和無功功率Q。然后根據(jù)提出的P-f和改進下垂控制，以電壓變化率作為衡量指標(biāo)，使功率得到合理的精確分配。最后考慮微網(wǎng)系統(tǒng)整體運行性能，采用部分輸出量反饋最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制與P-f和改進下垂控制相結(jié)合的微網(wǎng)中微電源的多目標(biāo)動態(tài)最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法，實現(xiàn)在不同工況下的微電源功率合理精確分配，滿足微網(wǎng)系統(tǒng)對電壓和頻率電能質(zhì)量指標(biāo)的高要求，使微網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性能得以提高，整體運行性能更優(yōu)，且易于工程應(yīng)用。
【專利說明】—種新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源電力系統(tǒng)中的微網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，迫于環(huán)境保護和能源枯竭的雙重壓力，微網(wǎng)以其接在用戶側(cè)，具有成本低、電壓低、污染小等特點以及抵御自然災(zāi)害和保障安全的優(yōu)勢而成為世界關(guān)注的熱點，隨著霧霾問題加劇，智能電網(wǎng)列入中美應(yīng)對氣候變化五個合作領(lǐng)域?qū)嵤┯媱潱鑴葜悄茈娋W(wǎng)國家政策，微網(wǎng)也開始迅猛發(fā)展。微網(wǎng)可作為子系統(tǒng)接入智能配電網(wǎng)，增強配電網(wǎng)的互動性、可靠性和可控性，進而提升電力系統(tǒng)的綜合能效，示意圖如圖1所示。微網(wǎng)技術(shù)為分散式新能源及可再生能源規(guī)?；l(fā)電消納利用提供了新的有效技術(shù)途徑。微網(wǎng)孤島運行時，由于缺少大電網(wǎng)的電壓頻率支撐，電壓頻率難以穩(wěn)定，且受到微網(wǎng)線路阻抗和微電源容量的影響，功率難以精確分配，控制器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，穩(wěn)定控制難度更高。如何控制微網(wǎng)中各個微電源協(xié)調(diào)運行，保證功率精確分配和供電質(zhì)量等多個目標(biāo)的實現(xiàn)，實現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)總體運行性能最優(yōu)是微網(wǎng)穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵。
[0003]目前，微網(wǎng)中微電源主要采用分散控制方式根據(jù)本地相關(guān)信息進行獨立控制，不需要相應(yīng)的通信環(huán)節(jié)就可以實現(xiàn)微電源的即插即用。在分散控制中常采用的是傳統(tǒng)下垂控制方法，即有功-頻率和無功-電壓下垂控制，但由于微電源對微網(wǎng)線路阻抗的依賴性，以及下垂控制屬于有差調(diào)節(jié)等弊端，國內(nèi)外專家學(xué)者對傳統(tǒng)下垂控制進行了改進，以期達到微電源的有效協(xié)調(diào)控制。另外，分層控制也是微電源協(xié)調(diào)控制方法之一，采用分層控制策略的微網(wǎng)通過作為主控單元的中心控制器從整體上控制微電源的各個裝置，底層控制器可針對微電源的特性選擇主從控制或是對等控制。然而，均未考慮微電源間的協(xié)調(diào)運行以達到微網(wǎng)系統(tǒng)運行性能最優(yōu)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有微網(wǎng)中微電源協(xié)調(diào)控制方法的不足，本發(fā)明提出了一種新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1:測得微網(wǎng)中微電源的輸出有功、無功功率，經(jīng)過低通濾波得到平均有功功率P和無功功率Q ；
[0006]步驟2:根據(jù)步驟I得到的平均有功、無功功率，采用P-f和2-(7改進下垂控制，以電壓變化率J作為衡量指標(biāo)，得到改進下垂控制表達式；
[0007]步驟3:根據(jù)步驟2中的改進下垂控制公式，并測得微網(wǎng)中各微電源的狀態(tài)量和控制量，并計及微電源位置分散性，即輸出阻抗和線路阻抗的差異，求得微電源狀態(tài)方程；
[0008]步驟4:根據(jù)步驟3中的微電源狀態(tài)方程及微網(wǎng)3個控制目標(biāo)，即:電壓、頻率、功率分配，確定二次性能指標(biāo)，使微網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性能得以提高，整體運行性能更優(yōu)；求解Levine-Athans方程，得到部分輸出量反饋增益矩陣Kd，求得部分輸出量反饋增益規(guī)律U =KdY，其中，U= [U1...U1...Un]T,

【權(quán)利要求】
1.一種新能源電力系統(tǒng)中微網(wǎng)的最優(yōu)分散協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:測得微網(wǎng)中微電源的輸出有功、無功功率，經(jīng)過低通濾波得到平均有功功率P和無功功率Q ； 步驟2:根據(jù)步驟I得到的平均有功、無功功率，采用Ρ-f和改進下垂控制，以電壓變化率?Η乍為衡量指標(biāo)，得到改進下垂控制表達式； 步驟3:根據(jù)步驟2中的改進下垂控制公式，并測得微網(wǎng)中各微電源的狀態(tài)量和控制量，并計及微電源位置分散性，即輸出阻抗和線路阻抗的差異，求得微電源狀態(tài)方程； 步驟4:根據(jù)步驟3中的微電源狀態(tài)方程及微網(wǎng)3個控制目標(biāo)，即:電壓、頻率、功率分配，確定二次性能指標(biāo)，使微網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性能得以提高，整體運行性能更優(yōu)；求解Levine-Athans方程，得到部分輸出量反饋增益矩陣Kd，求得部分輸出量反饋增益規(guī)律U =KdY，其中，
為微電源 i 頻率變化量，AUi為微電源i出口電壓變化量，APi, AQi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量，AUl為負荷側(cè)電壓變化量，η為微電源總數(shù)； 步驟5:根據(jù)部分輸出量反饋量U得到電壓、頻率參考值，經(jīng)過外環(huán)電壓PI控制和內(nèi)環(huán)電流PI控制后，將其送入逆變器觸發(fā)驅(qū)動電路，利用驅(qū)動電路輸出的脈沖信號對逆變器進行觸發(fā)控制，從而完成整個協(xié)調(diào)控制流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述P_f和改進下垂控制表達式為:
其中: f0i>U0i分別為頻率和電壓額定值； f1、Ui分別為微電源i出口的頻率和電壓有效值； P0i> Qoi分別為微電源i的輸出平均有功功率和平均無功功率額定值； PpQi分別為微電源i的輸出平均有功功率和平均無功功率； t 微電源i的輸出電壓變化率額定值，取為O ; 匕為微電源i的輸出電壓變化率； In^ni分別為P-f和的下垂系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述經(jīng)過低通濾波得到微電源的平均有功功率Pi和無功功率Qi的計算公式為:
線性化后得:
其中，Wfi為微電源i所連低通濾波器的截止頻率； s為拉普拉斯乘子； Ppqi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出有功、無功功率； PpQi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出平均有功、無功功率； Api, Aqi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出有功、無功功率變化量； APi, AQi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微電源狀態(tài)方程由改進下垂表達式和平均功率計算公式得:
其中: Wfi為微電源i所連低通濾波器的截止頻率； Λ S i為微電源i出口電壓相角變化量； Δ&為微電源i頻率變化量； Afi為微電源i頻率變化率； Δ Ui為微電源i出口電壓變化量； AUi為微電源i出口電壓變化率； Δ Ii為微電源i出口電流變化量； Aii為微電源i出口電流變化率； 八隊為負荷側(cè)電壓變化量； In^ni分別為P-f和的下垂系數(shù)； 民山分別為微電源i輸出線路電阻和電抗； APi, AQi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4具體為:步驟4.1:微網(wǎng)中微電源位置分散，輸出阻抗和線路阻抗存在差異，計及改進下垂控制特性列寫微電源矩陣狀態(tài)方程；
X = AX + BU
其中，X = [X1...X1...Xn]T, Xi = [Afi AUi Aii]' U = [U1...U1...Un]T, Ui =[APi AQi AUlJt,
Δ&為微電源i頻率變化量； Δ Ui為微電源i出口電壓變化量； Δ Ii為微電源i出口電流變化量； 八隊為負荷側(cè)電壓變化量； 民山分別為微電源i輸出線路電阻和電抗； Wfi為微電源i所連低通濾波器的截止頻率； APi, AQi分別為測得微網(wǎng)中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量； ApBi分別為狀態(tài)方程中狀態(tài)量和控制量的系數(shù)矩陣； 步驟4.2:確定使微網(wǎng)系統(tǒng)整體性能最優(yōu)的二次性能指標(biāo)，通過微電源狀態(tài)方程列寫此指標(biāo)表達式； 步驟4.3:編程求解Levine-Athans方程，得到部分輸出量反饋增益矩陣Kd，求得部分輸出量反饋增益規(guī)律U = KdY，使得二次性能指標(biāo)最優(yōu)。
【文檔編號】H02J3/00GK104201667SQ201410359753
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李鵬, 竇鵬沖, 林驍鵬, 趙波, 張雪松, 張凱 申請人:華北電力大學(xué)（保定）, 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院