一種新能源電力系統(tǒng)中微網的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新能源電力系統(tǒng)中微網【技術領域】的一種微網中微電源的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法。本發(fā)明首先測得微網中微電源輸出有功、無功功率，經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，使功率得到合理的精確分配。最后考慮微網系統(tǒng)整體運行性能，采用部分輸出量反饋最優(yōu)分散協(xié)調控制與P-f和改進下垂控制相結合的微網中微電源的多目標動態(tài)最優(yōu)分散協(xié)調控制方法，實現(xiàn)在不同工況下的微電源功率合理精確分配，滿足微網系統(tǒng)對電壓和頻率電能質量指標的高要求，使微網系統(tǒng)的動態(tài)性能得以提高，整體運行性能更優(yōu)，且易于工程應用。
【專利說明】—種新能源電力系統(tǒng)中微網的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源電力系統(tǒng)中的微網【技術領域】，尤其涉及一種新能源電力系統(tǒng)中微網的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法。

【背景技術】
[0002]近年來，迫于環(huán)境保護和能源枯竭的雙重壓力，微網以其接在用戶側，具有成本低、電壓低、污染小等特點以及抵御自然災害和保障安全的優(yōu)勢而成為世界關注的熱點，隨著霧霾問題加劇，智能電網列入中美應對氣候變化五個合作領域實施計劃，借勢智能電網國家政策，微網也開始迅猛發(fā)展。微網可作為子系統(tǒng)接入智能配電網，增強配電網的互動性、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。微網技術為分散式新能源及可再生能源規(guī)模化發(fā)電消納利用提供了新的有效技術途徑。微網孤島運行時，由于缺少大電網的電壓頻率支撐，電壓頻率難以穩(wěn)定，且受到微網線路阻抗和微電源容量的影響，功率難以精確分配，控制器結構十分復雜，穩(wěn)定控制難度更高。如何控制微網中各個微電源協(xié)調運行，保證功率精確分配和供電質量等多個目標的實現(xiàn)，實現(xiàn)微網系統(tǒng)總體運行性能最優(yōu)是微網穩(wěn)定高效運行的關鍵。
[0003]目前，微網中微電源主要采用分散控制方式根據(jù)本地相關信息進行獨立控制，不需要相應的通信環(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線路阻抗的依賴性，以及下垂控制屬于有差調節(jié)等弊端，國內外專家學者對傳統(tǒng)下垂控制進行了改進，以期達到微電源的有效協(xié)調控制。另外，分層控制也是微電源協(xié)調控制方法之一，采用分層控制策略的微網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)調運行以達到微網系統(tǒng)運行性能最優(yōu)問題。


【發(fā)明內容】

[0004]針對上述【背景技術】中提到的現(xiàn)有微網中微電源協(xié)調控制方法的不足，本發(fā)明提出了一種新能源電力系統(tǒng)中微網的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1:測得微網中微電源的輸出有功、無功功率，經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，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3個控制目標，即:電壓、頻率、功率分配，確定二次性能指標，使微網系統(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,

【權利要求】
1.一種新能源電力系統(tǒng)中微網的最優(yōu)分散協(xié)調控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:測得微網中微電源的輸出有功、無功功率，經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，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3個控制目標，即:電壓、頻率、功率分配，確定二次性能指標，使微網系統(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分別為測得微網中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量，AUl為負荷側電壓變化量，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，經過外環(huán)電壓PI控制和內環(huán)電流PI控制后，將其送入逆變器觸發(fā)驅動電路，利用驅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)調控制流程。
2.根據(jù)權利要求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)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述經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分別為測得微網中微電源i的輸出有功、無功功率； PpQi分別為測得微網中微電源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分別為測得微網中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量。
4.根據(jù)權利要求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分別為測得微網中微電源i的輸出平均有功、無功功率變化量。
5.根據(jù)權利要求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:確定使微網系統(tǒng)整體性能最優(yōu)的二次性能指標，通過微電源狀態(tài)方程列寫此指標表達式； 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（保定）, 國網浙江省電力公司電力科學研究院