一種對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法，屬于電力系統(tǒng)運行 和控制技術領域。
【背景技術】
[000引發(fā)展分布式發(fā)電值istributed Generation)，可W優(yōu)化能源結構、推動節(jié)能減排 和實現(xiàn)經濟可持續(xù)發(fā)展。近年來，可再生能源的分布式并網促進了微電網的發(fā)展并成為新 型智能電網的重要組成部分。
[0003] 隨著風力和光伏發(fā)電的滲透率越來越高，由于可再生能源出力的波動性、間歇性 和不確定性，加之負荷的快速變化和系統(tǒng)較小的慣性系數，保證微電網在孤網狀態(tài)下安全 可靠運行所需的控制系統(tǒng)將遇到很大挑戰(zhàn)，該一點特別體現(xiàn)在微電網頻率控制問題中。如 何對分布式電源進行協(xié)調控制W實現(xiàn)頻率的快速恢復一直W來都是研究的關注點，該被稱 為微電網的二次調頻問題。傳統(tǒng)上，二次調頻一般需要中央控制器W完成信號的采集、計算 和控制過程。在微電網中，起到"大腦"和處理計算作用的是微電網中央控制器下簡稱 MGCC)，基于中央控制器的控制方法被稱為集中式控制。然而，該種方式存在著諸多的問題： 首先，集中控制所需要的通信網絡極其龐大而復雜，不僅增加了成本，而且通信故障的可能 性大大增加，降低了微電網運行的可靠性。再者，大量的數據給MGCC的處理和計算帶來巨 大挑戰(zhàn)，一旦其發(fā)生故障，微電網控制就將崩潰。此外，微電網中分布式電源的投退使得微 電網物理結構隨時可能發(fā)生變化，該要求系統(tǒng)能做出快速、及時的反應和動作，實現(xiàn)"即插 即用"，而該顯然是集中式控制無法解決的。隨著電力線載波通信技術的成熟，基于點對點 通信的分布式控制逐漸得到關注。但目前的分布式控制方法存在著調頻速度慢W及無法考 慮二次調頻經濟性等問題。因此，如何通過點對點通信實現(xiàn)不依賴于中央控制器并能提高 經濟性的分布式二次調頻對微電網控制技術的發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法，針對自治 微電網，在發(fā)電成本最小的前提下實現(xiàn)快速的頻率恢復，采用基于次梯度的一致性算法，實 現(xiàn)分布式頻率恢復控制，采用發(fā)電成本微增率，實現(xiàn)二次調頻過程中發(fā)電成本的最優(yōu)化，達 到微電網對電能質量和經濟性的基本要求。
[0005] 本發(fā)明提出的對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法，包括W下步驟：
[0006] (1)設定微電網中包含有可再生能源分布式電源和傳統(tǒng)能源分布式電源，設計一 個微電網中可再生能源分布式電源的發(fā)電成本函數如下：
[0007]
【主權項】
1. 一種對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： (1) 設定微電網中包含有可再生能源分布式電源和傳統(tǒng)能源分布式電源，設計一個微 電網中可再生能源分布式電源的發(fā)電成本函數如下：
其中Pi是第i個可再生能源分布式電源輸出的有功功率，P Tx是第i個可再生能源分 布式電源預測最大發(fā)電容量，Ci (Pi)是第i個可再生能源分布式電源的發(fā)電成本； 微電網中傳統(tǒng)能源分布式電源的發(fā)電成本函數為：
其中，是第j個傳統(tǒng)能源分布式電源輸出的有功功率，均為發(fā)電成本函數系 數，取值范圍均大于零； 分別對上述傳統(tǒng)能源電源和可再生能源電源的發(fā)電成本函數進行求導，得到第i個可 再生能源分布式電源的發(fā)電成本微增率ICRi和第j個傳統(tǒng)能源分布式電源的發(fā)電成本微 增率ICRj:
(2) 建立微電N中所有分布式電源之丨曰」的信息交換及迭代控制方式，實現(xiàn)對分布式電 源的輸出功率調整量的實時控制，具體步驟如下： (2-1)微電網中各分布式電源分別米集各自的實時輸出有功功率以及分布式電源與微 電網接口處的頻率值； (2-2)所有分布式電源中任意相鄰兩個分布式電源之間交換各自的由上述步驟（1)得 到的發(fā)電成本微增率； (2-3)采用基于次梯度的一致性算法，計算微電網中各分布式電源的輸出有功功率的 調整量，具體過程如下： (2-3-1)將上述步驟（1)中得到的各分布式電源的發(fā)電成本微增率作為一致性變量， 所有分布式電源輸出的有功功率的控制目標函數為：
其中，PJk]為微電網中第1個分布式電源在第k步迭代時輸出的有功功率，Pd是微電 網的負荷總功率，將上述目標函數改寫為如下的發(fā)電成本微增率的目標函數：
其中，ICRJk]為微電網中第1個分布式電源在第k步迭代時的發(fā)電成本微增率， 為微電網中第r個分布式電源發(fā)電成本函數系數； (2-3-2)根據上述步驟（2-3-1)發(fā)電成本微增率的目標函數，采用次梯度算法得到第 k+Ι次發(fā)電成本微增率迭代計算式如下：
其中，Cl1是中間變量，μ &為第1個分布式電源與第r個分布式電源之間的通信系數， 其數值由下式決定：
其中N1為所有與第1個分布式電源直接相連的分布式電源的集合，n i為與第1個分布 式電源相連的分布式電源的個數，為與第r個分布式電源相連的分布式電源的個數； (2-3-3)采用頻率偏差，替換第k+Ι次發(fā)電成本微增率迭代計算式中的功率不平衡量 (1廠[幻-^)，得到的第k+Ι次發(fā)電成本微增率迭代計算式的表達式為： r=l
其中，A1是迭代步長，fjk]是采集的第1個分布式電源與微電網接口處的頻率值，f# 是微電網的頻率額定值； (2-3-4)利用上述步驟（1)的發(fā)電成本微增率計算公式，根據（2-3-3)的第k+Ι次發(fā)電 成本微增率迭代計算式，得到第j個傳統(tǒng)能源分布式電源在第k+Ι步迭代計算時的輸出功 率·?固敕魯Λ P Γ1,+1 ? .
其中，^R +1]是第j個傳統(tǒng)能源分布式電源在第k+i次迭代時采集的輸出有功功率 值； (2-3-5)利用上述步驟（1)的發(fā)電成本微增率計算公式，根據（2-3-3)的第k+l次發(fā)電 成本微增率迭代計算式，得到第i個可再生能源分布式電源在第k+Ι次迭代時輸出功率的 調整量Λ Pi [k+l]:
其中，Pim[k+1]是第i個可再生能源分布式電源在第k+l次迭代時采集的輸出有功功 率值； (2-4)根據上述計算得到的微電網中各分布式電源輸出有功功率的調整量，實時控制 分布式電源的輸出功率調整量； (3)分別采集各分布式電源與微電網接口處的頻率值，根據采集的頻率值與微電網額 定頻率的偏差，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)微電網的調頻控制，包括以下步驟： (3-1)分別采集微電網中各分布式電源與微電網接口處的頻率值； (3-2)分別計算上述頻率值與微電網額定頻率值之間的頻率偏差，得到各分布式電源 與微電網接口處的頻率偏差值； (3-3)設定一個頻率偏差閾值ε，ε為正數，設定一個頻率偏差維持時間閾值t，t為 正數，將上述各分布式電源與微電網接口處的頻率偏差值分別與頻率偏差閾值進行比較， 若頻率偏差值小于ε，且頻率偏差維持時間大于t，則進行步驟（3-4)，若頻率偏差值小于 ε，且頻率偏差維持時間小于或等于t，則進行步驟（3-5)，若頻率偏差值大于或等于ε，則 進行步驟（3 -5); (3-4)使上述步驟（2-3-3)中第k+Ι次發(fā)電成本微增率迭代計算式的表達式成為：
C/U幻，返回步驟（2); (3-5)返回步驟（2)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對電力系統(tǒng)微電網的全分布式二次調頻方法，屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術領域。本發(fā)明方法首先設計了傳統(tǒng)能源分布式電源和可再生能源分布式電源的發(fā)電成本函數，并通過求導得到其微增率。提出了分布式的數據采集和信息交互結構，采用基于次梯度的一致性算法，根據分布式電源采集的數據和交換的信息迭代計算得到輸出功率的調整量，從而對分布式電源的輸出功率進行實時控制。本發(fā)明在使得頻率實現(xiàn)快速恢復的同時，保證二次調頻過程中的發(fā)電成本最低，并在分布式電源之間合理分配功率。本發(fā)明的控制方法能夠避免微電網的頻率震蕩，利用本發(fā)明方法，能夠實現(xiàn)微電網全分布式的二次調頻，并提高微電網運行的經濟性。
【IPC分類】H02J3-00, H02J3-46
【公開號】CN104638643
【申請?zhí)枴緾N201510075150
【發(fā)明人】吳文傳, 張伯明, 孫宏斌, 王中冠, 郭慶來, 王彬
【申請人】清華大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月12日