基于有限時間一致性的孤島微電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電網(wǎng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，具體來說，設(shè)及一種基于有限時間一致性的孤 島微電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)和動力。在過去的一百多年，傳統(tǒng)能源，如煤炭、石油、 天然氣等的開發(fā)帶來了人類社會的巨大進(jìn)步。但隨著世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)能 源的儲量耗盡問題W及伴隨能源利用產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題使得學(xué)者逐漸將能源發(fā)展的視 角轉(zhuǎn)向W風(fēng)光為主的可再生能源，W期恢復(fù)和建立生態(tài)友好的生存環(huán)境，維持人類社會的 可持續(xù)發(fā)展。
[0003] 目前，可再生能源的利用主要W風(fēng)能和太陽能為主，W分布式發(fā)電為主要形式，發(fā) 展迅速。2015年國內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)容量3050萬千瓦，同比上升31.5%;累計(jì)裝機(jī)1.45億千 瓦，同比上升26.6%。為了提高可再生能源的利用效率，加快可再生能源的分布式消納，微 電網(wǎng)作為一種組織分布式發(fā)電單元和負(fù)荷的獨(dú)立系統(tǒng)得到廣泛的研究和實(shí)踐。由于風(fēng)光等 可再生能源受自然條件的影響較大，具有一定的間歇性和隨機(jī)性，加之微電網(wǎng)中的電源大 多W電力電子器件接入，具有慣性小的特點(diǎn)，運(yùn)對微電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定控制提出了較 大的挑戰(zhàn)。
[0004] 目前，微電網(wǎng)的控制方案主要W集中式的主從控制為主，通過中央控制器協(xié)調(diào)調(diào) 度所有分布式單元和負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但集中式的主從控制對于中央控制 器的依賴性較大，并且對于通信線路的可靠性要求較高，一旦中央控制器或通信線路發(fā)生 故障，微電網(wǎng)可能崩潰，將給用戶造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，也會引起負(fù)面的社會效應(yīng)。而W對 等控制模式為基礎(chǔ)的微電網(wǎng)分布式控制方式建立在鄰居相互通信的基礎(chǔ)上，不需要中央控 制器，很好的適應(yīng)了分布式電源分散的地理特性，降低了微電網(wǎng)的通信成本，提高了控制的 可靠性，有利于實(shí)現(xiàn)分布式電源的即插即用。各分布式單元和儲能根據(jù)本地信息和鄰居信 息實(shí)現(xiàn)分布式?jīng)Q策制定和本地控制，共同保證微電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定，維持微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì) 安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，建立分布式通信框架下，微電網(wǎng)的頻率電壓控制W及功率控制策略， 有利于提高微電網(wǎng)控制的魯棒性，發(fā)揮可再生能源的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于有限時間一致性的孤島 微電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)控制方法，該控制方法可W在微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動后，根據(jù)一次下垂控 制維持微電網(wǎng)的功率平衡，并通過次分布式協(xié)調(diào)控制策略保證各分布式單元和儲能根據(jù)各 自的可調(diào)容量承擔(dān)微電網(wǎng)的功率缺額，消除一次下垂控制產(chǎn)生的頻率電壓偏差，保證孤島 微電網(wǎng)的頻率電壓協(xié)調(diào)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)值附近，提高微電網(wǎng)控制的可靠性和魯棒性。
[0006] 技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例采取一種基于有限時間一致性的 孤島微電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)控制方法，該控制方法包括下述步驟：
[0007]步驟10)進(jìn)行一次下垂控制：當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動時，基于下垂控制的分布式發(fā) 電單元和儲能，根據(jù)式（1)自動控制輸出端的頻率和電壓，調(diào)整功率輸出，維持微電網(wǎng)的功 率平衡：
[0009] 式（1)中，基于下垂控制的分布式單元和儲能單元為DBDG，fpri_i表示第i個DBDG- 次下垂控制產(chǎn)生的頻率參考值;fref表示微電網(wǎng)頻率控制的標(biāo)準(zhǔn)值;Hli表示第i個DBDG的有 功頻率下垂系數(shù);Pi表示第i個DBDG輸出的有功功率;P〇_i表示第i個DBDG輸出有功功率的初 始值;Epri_i表示第i個DBDG-次下垂控制產(chǎn)生的電壓參考值;Eref表示微電網(wǎng)電壓控制的標(biāo) 準(zhǔn)值;n康示第i個D抓G的無功電壓下垂系數(shù);Q康示第i個DBDG輸出的無功功率;Q〇_康示第 i個DBDG輸出無功功率的初始值；
[0010] 步驟20)進(jìn)行二次分布式控制:在分布式的控制架構(gòu)下，同時進(jìn)行有功頻率控制和 無功電壓控制，W實(shí)現(xiàn)各分布式單元按照可調(diào)容量承擔(dān)微電網(wǎng)功率缺額及頻率和電壓的分 布式恢復(fù)。
[0011] 作為優(yōu)選方案，所述的步驟20)中，進(jìn)行有功頻率控制的具體過程為:各DBDG根據(jù) 本地頻率測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差W及鄰居一次頻率下垂控制器輸出值，按照式(2)實(shí)現(xiàn)頻 率的分布式恢復(fù)，W確保頻率的恢復(fù)控制不影響有功功率均分的精度：
[0012] fsec_i = Kpl 化 ef-fi)+KilJ[fVef-fi+fFTC_i]dt 式（2)
[001引式中，fsec_康示第i個DBDG的二次頻率控制器輸出值;Kp讀示頻率恢復(fù)的比例控 制器參數(shù);fi表示第i個DBDG的本地頻率測量值;Kii表示頻率恢復(fù)的積分控制器參數(shù);時TC_1 表示第i個DBDG有功功率均分的有限時間控制器輸出值，時Tc_i由式(3)確定；
[0014] /挪'_, = A喊) 14/蘆_,T 巧式（3)
[001引式中，0康示郁良時間控制器第一參數(shù)，sign表示符號函數(shù)，丫讀示削良時間控制 器第二參數(shù)，Ql均表示有限時間控制器第立參數(shù)，其中，0如1<1，&〉0, 丫 1含0; Afpri_康示第 i個DBDG-次頻率控制器輸出值的偏差，A fpri i由式(4)確定：
[001引心妒M -完。'7(知'''_'乃)式(4) 盧巧
[0017]式中，N康示與第i個DBDG相鄰的分布式單元DG的集合;ai康示第i個DBDG與第j個 DG間的通信禪合系數(shù);若編號為j的單元為DBDG，則fpri」表示第j個DBDG的一次頻率下垂控 審IJ器輸出值;若編號為j的單元不為DBDG，則fpri」表示第j個基于PQ控制或MPPT控制的DG的 虛擬一次頻率下垂控制器輸出值。
[001引作為優(yōu)選方案，所述的步驟20)中，進(jìn)行無功電壓控制的具體過程為:各DBDG根據(jù) 本地電壓測量值和鄰居一次電壓控制器的輸出值，按照式(5)實(shí)現(xiàn)電壓的分布式恢復(fù)和無 功功率均分：
[0019] Esec_i = Kp2Kref-Ei)+Ki2j[biKref-Ei)+EFTC_i]dt 式巧）
[0020] 式中，Esec_康示第i個DBDG的二次電壓控制器輸出值;Kp2表示電壓恢復(fù)的比例控 審IJ器參數(shù)瓜ef表示微電網(wǎng)電壓控制的標(biāo)準(zhǔn)值;E康示第i個DBDG本地電壓幅值的測量值;Ki2 表示電壓恢復(fù)的積分控制器參數(shù);bi表示第i個D抓G的電壓參考系數(shù)，若D抓G為參考節(jié)點(diǎn)，bi 為I;若DBDG為非參考節(jié)點(diǎn)，則bi為O ;Eftc_康示第i個DBDG無功功率均分的有限時間控制器 輸出值，由式(6)確定；
[002。億WC'-,=心'如(AiT戶-,)IM；。, I中 式(6)
[0022]式中，&表示有限時間控制器第四參數(shù)，丫 2表示有限時間控制器第五參數(shù)，02表示 有限時間控制器第六參數(shù)，其中，0<〇2<1，&〉0, 丫 2含0; A Epri_康示第i個D抓G-次電壓下垂 控制器輸出值的偏差，A Epri_i由式(7)確定：
[002；3] = E。//咕"'-J -遲如J)式(7) 樹,
[0024] 式中，若編號為j的單元為DBDG，Eprij表示第j個DBDG的一次電壓下垂控制器輸出 值，否則Epri」表示第j個基于PQ控制或MPPT控制的DG的虛擬一次電壓下垂控制器輸出值。
[0025] 作為優(yōu)選方案，所述的步驟10)中，m和HH依照式(8)確定：
[0027] 式中，fmax表示微電網(wǎng)頻率的最大允許值;fmin表示微電網(wǎng)頻率的最小允許值;Pi_max 表示第i個DBDG輸出有功功率的最大值;Emax表示微電網(wǎng)電壓的最大允許值;Emin表示微電網(wǎng) 電壓的最小允許值;Qi_max表示第i個DBDG輸出無功功率的最大值;S康示第i個DBDG逆變器 的額定視在功率;Pi表示第i個DBDG輸出的有功功率。
[0028] 作為優(yōu)選方案，所述的步驟20)中，所述的進(jìn)行無功電壓控制中，基于PQ控制或 MPPT控制的DG，本地二次無功輸出調(diào)整控制器按照式(9)進(jìn)行：
[0030] 式中，Qset_i表示第i個基于PQ控制或MPPT控制的DG的無功功率參考值的調(diào)整值;m 表示第i個基于PQ控制或MPPT控制的DG的虛擬下垂系數(shù)，按照式（15)進(jìn)行設(shè)定；AEpri_i表示 第i個基于PQ控制或MPPT控制的DG的虛擬一次電壓下垂控制器輸出值的偏差，按照式（16) 進(jìn)行設(shè)定：
[0032] 式（15)中，Qi_max表示第i個基于PQ控制或MPPT控制的DG輸出無功功率的最大值;Si 表示第i個基于PQ控制或MPPT控制的DG逆變器的額定視在功率;P康示第i個基于PQ控制或 MPPT控制的DG輸出的有功功率；
[0034] 式（16)中，若編號為j的單元為DBDG，Eprij表示第j個DBDG的一次電壓下垂控制器 輸出值，否則EpriJ表示第j個基于PQ控制或MPPT控制的DG的虛擬一次電壓下垂控制器輸出 值。
[0035] 作為優(yōu)選方案，所述的步驟20)中，進(jìn)行有功頻率控制中，式(4)中，當(dāng)編號為j的單 元不為DBDG時，fpri」表示第j個基于PQ控制或MPPT控制的DG的虛擬一次頻率下垂控制器輸 出值，如式(10)所示，
[0037] 式（10)中，單元為基于PQ控制或MPPT控制的DG，fpri_i表示第i個基于PQ控制或MPPT 控制的DG的虛擬一次頻率下垂控制器輸出值;若編號為j的單元為DBDG，fpru表示第j個