CN104269873B - 基于系统健康状态评估与借鉴csma/cd机制的微电网自治控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，不依赖于MGCC和通信，能够实现微电网源、储、荷各单元协调运行的扁平化控制策略；该方法由基于系统健康状态评估的微电网分级控制策略、借鉴CSMA/CD机制的微电网分时控制策略两套核心子策略构成，并包含微电网系统健康状态评估模型、储能两象限自适应下垂、负荷离散化镜像下垂等算法等模块。本发明中各单元可根据本地系统健康状态，准确辨识系统运行状态，动态加入/退出系统调节，维持微电网稳定运行。

Description

基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法

技术领域

本发明属于微电网协调运行控制技术，涉及微电网中的分布式电源、多储能与可控负荷自治运行，特别涉及一种不依赖于MGCC和通信，实现微电网各单元协调自治运行的扁平化控制策略。

背景技术

随着可再生能源发电和分布式储能研究的深入，通过“能源互联网”实现绿色能源的共享成为智能电网发展的必然趋势。其中，能源互联网具备开放性，要求实现单元扁平化控制、即插即用的功能，对微电网各单元协调控制的研究具有重要的指导意义。

目前微电网各单元“即插即用”功能实现的研究热点主要集中在并联逆变器下垂控制。在低压微电网中线路呈阻性导致多下垂控制效果不是很理想，在实际微电网系统中，每台DG线路参数不同且本地负荷分布不均，导致环流产生，影响微电网质量及动态性能。为减小或消除环流问题，提出利用虚拟阻抗和改进自适应调节下垂系数等方法实现有功无功解耦，从而合理分配系统功率。但是，虚拟阻抗加入会影响系统电压的精确性，后一种解决方案虽可降低电流环流和频率振荡，但是系统动态响应较差，针对复杂微电网内多样化单元导致系统参数不易确定，实施起来具有一定难度，同时针对适用于分布式储能特性的下垂控制算法研究、如何实现微电网无通信协调控制策略研究不够深入。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，是一种快速、有效实现微电网电压频率稳定的控制方法，能够不依赖于MGCC和通信实现微电网单元的动态加入与退出，同时本发明还涉及系统健康状态评估模型的建立、传统自适应下垂曲线算法的改进等，以实现微电网源-储-荷自治安全运行。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，该微电网具有如下特征：

①微电网稳定运行时有唯一主电源，即并网运行时以配电网作为主电源，孤岛运行时以微电源作为主电源，微电网包括分布式电源和负荷，将分布式电源称之为微电源，微电网的各个单元之间无通信网络；

②微电网包括可控单元和不可控单元，其中可控单元包括可控电源(储能单元、微型燃气轮机、燃料电池等)和可控负荷，不可控单元包括不可控电源(太阳能电池、光伏电池等)和不可控负荷，可控电源和不可控电源共同构成微电源，可控负荷和不可控负荷共同构成负荷；可控电源的控制方案集成有改进下垂控制、改进倒下垂控制和恒功率(P/Q)控制策略，可控负荷的控制方案为改进倒下垂控制策略，不可控电源始终按照MPPT最大功率恒功率输出，不可控负荷正常运行；初始时，可控电源采用恒功率控制策略，负荷正常运行。

该方法具体包括如下步骤：

(1)系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，判断系统健康状态值y是否超出最低标准值y_min，评估系统是否安全稳定运行：若y∈(0,y_min)，则微电网运行于安全稳定状态，进入步骤(2)；若y∈[y_min,1)，则微电网运行于非安全稳定状态，进入步骤(3)；

(2)微电网进入基于系统健康状态评估的微电网分级控制子策略，简称分级调节策略，根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，可控电源在恒功率控制与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控负荷在正常运行与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控单元自主加入/退出微电网电压频率调节，在较长时间尺度上将“无序出力”变为“有序出力”；

(3)微电网进入借鉴CSMA/CD机制的微电网分时控制子策略，简称分时调节策略，确认微电网主电源控制权，主电源切换至改进下垂控制策略，具体过程为：借鉴CSMA/CD机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡，在较短时间尺度上将传统的“共同出力”变为“轮流出力”。

所述系统健康状态评估模型采用人工神经网络模型，综合考虑包括电压偏差、频率偏差、电压变化率、频率变化率在内的系统运行状态变量得到系统健康状态值y，对系统健康状态值设置分级指标描述系统健康状态；在微电网并网运行时，系统健康状态最优，可控电源采用恒功率控制策略；微电网由并网转孤岛时或者微电网孤岛无主电源运行时，系统健康状态最差，采用分时调节策略；微电网孤岛有主电源运行时，主电源采用改进下垂控制策略，主电源以外的其他分布式电源称为备用电源，根据分级调节策略，根据系统健康状态值y所处于的系统健康状态级别的不同，备用电源采用不同的控制策略。

所述改进下垂控制策略是基于传统的下垂控制策略，并对控制对象的特性下垂曲线进行改进，具体为：

若控制对象为储能单元，由于储能单元具备小电流充电、大电流放电的双向传输特性，因此对储能单元的特性下垂曲线做如下改进：设置充电下垂曲线斜率小于放电下垂曲线斜率；当到达功率极限时，功率限幅环节起作用，限制最大功率输出/吸收；

若控制对象为可控负荷，若控制对象为可控负荷，针对负荷低频减载及非连续性特性，应用离散化镜像下垂控制策略实现可中断负荷投切。可控负荷参与系统微电网电压、频率调节时，等效为具备互动特性的“负电源”，采用镜像下垂控制策略。镜像下垂控制策略是一种基于传统下垂控制的方法，通过采集母线电压的频率，按照预定的镜像下垂曲线给出有功功率的参考值，经过离散化后得到开关动作信号并对可控负荷进行投切，具体参见中国专利申请201310285786.1，一种微电网负荷储能一体化控制方法。

所述步骤(2)中，在判断微电网运行于安全稳定状态的基础上，可控电源根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，自主进行控制策略的动态切换，主要包含以下两种情况：

①随着系统健康状态级别的降低，可控电源、可控负荷依次切换至改进倒下垂控制策略调节微电网动态性能，改善微电网电能质量；

②随着系统健康状态级别的改善，可控负荷、可控电源依次恢复至恒功率控制策略；恢复至恒功率控制策略后，若储能单元判断自身容量处于容量下限，由恒功率控制指令控制该储能单元充电。

所述步骤(3)中，在判断微电网运行于非安全稳定状态的基础上，借鉴CSMA/CD机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，具体为：

可控电源在开始调整控制策略前先等待一段时间，称该段时间为退避时间，在退避时间内维持前一时刻的控制策略不变；不同可控电源的退避时间不同，对于第n个可控电源的退避时间T_delay[n]的计算方法如下：

$T_{\mathrm{delay}}\left[n\right]=\left\{\begin{array}{cc}{A}_m\&CenterDot;T_{\max }-T_{\mathrm{response}}\left[n\right]& A_m\&GreaterEqual;\frac{T_{\mathrm{response}}\left[n\right]}{T_{\max }}\\ 0& A_m<\frac{T_{\mathrm{response}}\left[n\right]}{T_{\max }}\end{array}\right.$

T_delay[n]≤T_max－T_response[n]

y≥y_min

其中：A_m为延迟因子，其取值范围为0～1；m为退避次数；T_max为可控电源最大等待时间；T_response[n]为可控电源的响应时间；

在m＝1时，A₁的计算方法如下：

A₁＝α·P_N+β·Q+γ

其中：P_N为可控电源额定功率；Q为可控电源剩余能量；α为功率相关因子，是影响A_m的首要因素；β为能量相关因子，是影响A_m的次要因素；α、β和γ均为系统固定参数，与可控电源类型及状态有关；

经min{T_delay[1],T_delay[2],...,T_delay[n],...}，具备最小退避时间的可控电源作获得主电源控制权，将该可控电源切换至改进下垂控制策略，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡；系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，若微电网运行于安全稳定状态，则维持当前控制策略不变；

当微电网孤岛运行且主电源为储能单元时，因其输出功率、能量的有限性，对以下情况进行特殊处理：

①若主电源持续输出达到功率极限切换至额定功率输出，退出主电源运行模式；

②在微电网稳定运行期间，若储能单元的荷电状态达到安全下限或者上限，将影响系统安全运行于储能单元寿命，主电源将以最小功率/最大功率恒功率输出，退出主电源运行模式。

有益效果：本发明提供的基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，与现有技术相比，具有如下特点：

(1)本发明方法可实现微电网有唯一主电源维持电压、频率稳定，其他储能、可控负荷等单元随系统健康状态自主切换控制策略，参与微电网调节，解决了微电网无通信情况下功率的合理分配问题，从而实现各单元协调控制；

(2)本发明提出的系统健康状态评估模型采用的人工神经网络算法经训练学习后可正确识别系统健康状态，且综合考虑电压、频率、变化率等系统运行状态变量；

(3)本发明同时涉及针对储能、负荷等单元特性对传统下垂控制曲线的改进。

附图说明

图1是基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法示意图；

图2是系统健康状态评估模型采用的BP神经网络结构示意图；

图3是某一可控单元参与分时调节流程示意图；

图4是实施例中微电网拓扑结构示意图；

图5是实施例中微电网分布式电源、储能、可控负荷改进下垂曲线示意图；

图6是实施例中微电网系统健康状态示意图；

图7是实施例中微电网分时调节仿真波形图；

图8是实施例中微电网分级调节仿真波形图；

图9是实施例微电网运行动态调节示意图；

图10是实施例微电网分时调节频率变化特性图；

图11是实施例微电网分时调整冲突检测调节动态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，提供了一种在没有通信网络情况下，各可控单元实时检测本地系统健康状态，准确辨识系统运行状态，动态加入/退出系统调节，以维持微电网稳定运行的方法；该微电网具有如下特征：

①微电网稳定运行时有唯一主电源，即并网运行时以配电网作为主电源，孤岛运行时以微电源作为主电源，微电网包括分布式电源和负荷，将分布式电源称之为微电源，微电网的各个单元之间无通信网络；

②微电网包括可控单元和不可控单元，其中可控单元包括可控电源(储能单元、微型燃气轮机、燃料电池等)和可控负荷，不可控单元包括不可控电源(太阳能电池、光伏电池等)和不可控负荷，可控电源和不可控电源共同构成微电源，可控负荷和不可控负荷共同构成负荷；可控电源的控制方案集成有改进下垂控制、改进倒下垂控制和恒功率(P/Q)控制策略，可控负荷的控制方案为改进倒下垂控制策略，不可控电源始终按照MPPT最大功率恒功率输出，不可控负荷正常运行；初始时，可控电源采用恒功率控制策略，负荷正常运行。

该方法具体包括如下步骤：

(1)系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，判断系统健康状态值y是否超出最低标准值y_min(附图6中y_min为实施例系统健康状态最低标准值)，评估系统是否安全稳定运行：若y∈(0,y_min)，则微电网运行于安全稳定状态，进入步骤(2)；若y∈[y_min,1)，则微电网运行于非安全稳定状态，进入步骤(3)；

(2)微电网进入基于系统健康状态评估的微电网分级控制子策略，简称分级调节策略，根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，可控电源在恒功率控制与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控负荷在正常运行与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控单元自主加入/退出微电网电压频率调节，在较长时间尺度上将“无序出力”变为“有序出力”；

(3)微电网进入借鉴CSMA/CD机制的微电网分时控制子策略，简称分时调节策略，确认微电网主电源控制权，主电源切换至改进下垂控制策略，具体过程为：借鉴CSMA/CD机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡，在较短时间尺度上将传统的“共同出力”变为“轮流出力”。

所述系统健康状态评估模型采用人工神经网络模型，综合考虑包括电压偏差、频率偏差、电压变化率、频率变化率在内的系统运行状态变量得到系统健康状态值y，对系统健康状态值设置分级指标描述系统健康状态；具体包括以下内容：

附图2所示为本发明健康状态评估模型采用的BP神经网络模型。它是一个三层的前向神经元网络，包含一个输入层，一个隐含层，一个输出层。

其中，输入层有四个节点，其输入相量X＝[x₁,x₂,x₃,x₄]^T，为系统运行状态信息的特征量，其中x₁＝ΔV(电压偏差)，x₂＝Δf(频率偏差)，(电压变化率)，(频率变化率)；隐含层节点数为3；输出层为单输出，输出量y为系统健康状态量。

其中，隐含层和输出层的的激活函数均采用Sigmoid函数，即Sigmoid函数可将神经元的输入范围(-∞,+∞)映射到(0,1)，即系统健康状态参数的范围为(0,1)，其值越小，系统的健康状况越好。

选取样本值对BP神经网络算法进行训练学习，不断的修改网络参数使网络误差趋于极小或达到期望的范围，使得系统健康状态模型可正确识别系统健康状态，其中系统安全状态与非安全状态分界值为y_min，同时根据系统中可控单元个数(s)对其设置分级指标，将安全运行状态健康状态参数值域分为s区域，表示s+1种健康状态。

在微电网并网运行时，系统健康状态最优，可控电源采用恒功率控制策略；微电网由并网转孤岛时或者微电网孤岛无主电源运行时，系统健康状态最差，采用分时调节策略；微电网孤岛有主电源运行时，主电源采用改进下垂控制策略，主电源以外的其他分布式电源称为备用电源，根据分级调节策略，根据系统健康状态值y所处于的系统健康状态级别的不同，备用电源采用不同的控制策略。

所述改进下垂控制策略是基于传统的下垂控制策略，并对控制对象的特性下垂曲线进行改进，具体为：

①若控制对象为储能单元，由于储能单元具备小电流充电、大电流放电的双向传输特性，因此对储能单元的特性下垂曲线做如下改进：设置充电下垂曲线斜率小于放电下垂曲线斜率；当到达功率极限时，功率限幅环节起作用，限制最大功率输出/吸收；

②微型燃气轮机、燃料电池类可控电源采用单象限下垂特性；

③若控制对象为可控负荷，参与系统微电网电压、频率调节时，等效为具备互动特性的“负电源”，采用镜像下垂控制策略。镜像下垂控制策略是一种基于传统下垂控制的方法，通过采集母线电压的频率，按照预定的镜像下垂曲线给出有功功率的参考值，经过离散化后得到开关动作信号并对可控负荷进行投切。

所述步骤(2)中，在判断微电网运行于安全稳定状态的基础上，可控电源根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，自主进行控制策略的动态切换，主要包含以下两种情况：

①随着系统健康状态级别的降低，可控电源、可控负荷依次切换至改进倒下垂控制策略调节微电网动态性能，改善微电网电能质量；

②随着系统健康状态级别的改善，可控负荷、可控电源依次恢复至恒功率控制策略；恢复至恒功率控制策略后，若储能单元判断自身容量处于容量下限，由恒功率控制指令控制该储能单元充电。

所述步骤(3)中，在判断微电网运行于非安全稳定状态的基础上，借鉴CSMA/CD(传统以太网带冲突检测的载波侦听多路访问技术)机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，实现主电源控制权的有序分配；附图3为某一可控单元进入分时调节流程示意图，考虑其他可控单元，微电网分时调节主要包含以下步骤：

可控电源在开始调整控制策略前先等待一段时间，称该段时间为退避时间，在退避时间内维持前一时刻的控制策略不变；不同可控电源的退避时间不同，对于第n个可控电源的退避时间T_delay[n]的计算方法如下：

$T_{\mathrm{delay}}\left[n\right]=\left\{\begin{array}{cc}{A}_m\&CenterDot;T_{\max }-T_{\mathrm{response}}\left[n\right]& A_m\&GreaterEqual;\frac{T_{\mathrm{response}}\left[n\right]}{T_{\max }}\\ 0& A_m<\frac{T_{\mathrm{response}}\left[n\right]}{T_{\max }}\end{array}\right.$

T_delay[n]≤T_max－T_response[n]

y≥y_min

其中：A_m为延迟因子，其取值范围为0～1；m为退避次数；T_max为可控电源最大等待时间；T_response[n]为可控电源的响应时间；

在m＝1时，A₁的计算方法如下：

A₁＝α·P_N+β·Q+γ

其中：P_N为可控电源额定功率；Q为可控电源剩余能量；α为功率相关因子，是影响A_m的首要因素；β为能量相关因子，是影响A_m的次要因素；α、β和γ均为系统固定参数，与可控电源类型及状态有关；

经min{T_delay[1],T_delay[2],...,T_delay[n],...}，具备最小退避时间的可控电源作获得主电源控制权，将该可控电源切换至改进下垂控制策略，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡；系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，若微电网运行于安全稳定状态，则维持当前控制策略不变；

当微电网孤岛运行且主电源为储能单元是，因其输出功率、能量的有限性，对以下情况进行特殊处理：

①若主电源持续输出达到功率极限切换至额定功率输出，退出主电源运行模式；

②在微电网稳定运行期间，若储能单元的荷电状态达到安全下限或者上限，将影响系统安全运行于储能单元寿命，主电源将以最小功率/最大功率恒功率输出，退出主电源运行模式。

下面通过一具体实施例详细说明本发明的微电网自治控制方法。

子微网1与子微网2分别通过BRK1与BRK2与配电网相连，初始运行于并网状态。微电网中光伏、风机、普通负荷为不可控单元，其中光伏、风机始终以最大功率恒功率输出；储能装置、可控负荷及微型燃气轮机为可控单元，初始状态为恒功率输出，即为备用状态，如附图4所示。

上述微电网中包含储能、可控负荷等单元，当其参与微电网电压、频率调节时采用改进下垂或者倒下垂曲线，具体下垂控制曲线见附图5。其中，图5(a)为储能单元改进下垂控制曲线，图5(b)为微燃机改进下垂控制曲线，图5(c)为可控负荷改进下垂曲线。

为验证发明中微电网自治控制方法的有效性，以子微网1运行为例。

子微网1中仅储能A/B/C为可控单元，它们均具备参与调节子微电网1电压和频率的能力，因此对该微电网系统健康状态设置y₁、y₂、y_min为分级指标，将系统健康状态分为4层，如附图6所示：y∈(0，y₁)，系统健康状态最优；y∈[y₁，y₂)，系统健康状态次之；y∈[y₂，y_min)系统健康状态较差，上述三种情况微电网运行于安全稳定状态；y∈[y_min，1)，系统运行于非安全稳定状态。

由于发明所述方法研究对象为可控单元，故在PSCAD/EMTDC搭建的子微网1仿真系统不涉及风机、光伏发电单元，3台储能单元参数如下：P_NA＝30kW，SOC_A＝0.7，P_NB＝50kW，SOC_B＝0.6，P_NC＝50，SOC_C0＝0.7，SOC_C1＝0.2，SOC_min＝0.2。y₁＝0.3，y₂＝0.6，y_min＝0.9。

首先，以子微网1发生并离网切换阐述借鉴CSMA/CD机制的微电网分时控制子策略。微电网初始并网运行，3s时发生脱网运行，为模拟主电源因剩余能量较低退出主电源运行模式，6s时刻储能CSOC降低至0.2。

附图7为实施例分时调节仿真结果波形，分析仿真结果发现：初始运行时，3组储能均采用PQ控制，3s时微电网脱网运行，3.0074s各可控电源检测到系统健康状态降至最低值，启动分时调节控制策略，各单元退避时间t_C＝0.009s<t_B＝0.012s<t_A＝0.026s，即经9ms储能C竞争主电源地位成功，BRKbC＝1，切换至改进下垂控制策略，维持微电网稳定，3.0194s时刻储能B退避结束，由本地系统健康状态模型判断微电网运行于安全状态，BRKbB＝0，继续维持PQ控制，储能A运行原理如上。左图右上角为2.95s～3.10s系统变量放大示意图，可知系统经分时调节后实现稳定运行。微电网运行至6s时，储能设备CSOC由0.7降至0.2，储能系统C退出主电源模式，输出功率为0，4ms后系统健康状态降低至最低标准值，启动新一轮分时调节，各单元竞争主电源控制权。此时单元退避时间关系变为t_B<t_C<t_A，经分时调节，储能系统B切换至主电源模式，系统恢复稳定运行。

根据附图7及系统参数，可知系统剩余电量相同时，额定功率大的系统在竞争时具有较高优先级；系统额定功率相同时，剩余容量大的系统在竞争主电源时优先级较高；同时额定功率对延迟时间影响因子高于剩余容量影响，若不从保护电池寿命角度出发，当备用电源SOC超过最低值，依然由额定功率较高单元享有主电源控制权。

接下来，在子微网1系统稳定运行基础上阐述基于系统健康状态评估的微电网分级调节控制子策略。

上述分时调节确定了并网转孤岛时刻储能C的主电源地位，随着系统健康状态的降低储能B优先权高于储能A，优先参与微电网系统调节。仿真条件设置如下：系统初始孤岛运行，负荷为25kW，1.5s投入48kW负荷；运行至3s投入12kW负荷；运行至5s再次投入75kW负荷。

分析微电网分级调节仿真波形，见附图8，发现系统健康状态为1时，储能C对系统进行稳定调节，储能B/A仍处于备用状态，采用恒功率控制。系统仅由储能C调节时，系统运行于系统健康程度2，储能B优先切换至改进倒下垂控制策略，与储能C共同承担微电网功率缺额，改善子微网1电压、频率水平。随负荷再次投入，系统运行于系统健康程度3，储能C/B调节不能改善系统性能且此时储能C/B或已达到功率上限，此时启动储能A切换至改进倒下垂控制，参与系统调节。

上述分级动态调整将传统无序调整改进为单元分批有序投入，且由于倒下垂或镜像下垂本质上为PQ控制，减弱了传统多机下垂控制策略产生的环流影响。验证了基于系统健康状态评估的微电网分级控制子策略的有效性，实现微电网各单元有序投入/退出。

附图9为子微网1运行动态调节示意图，可知微电网健康状态评估模型与改进下垂控制策略是微电网自治控制方法的基础，同时贯穿微电网分级控制子策略与分时控制策略。微电网运行周期可简单看成分时调节与分级调节动态切换的过程。从时间尺度上来看，分级调节远大于分时调节；从实现功能上来看，分时调节是为了实现微电网稳定运行，分级调节是在微电网稳定运行基础上改善微电网电能质量，优化各单元运行状态。

在上述借鉴CSMA/CD机制的微电网分时协调控制子策略仿真中三组储能装置延迟时间相差较大，经T_delay[B]，储能B通过系统健康状态评估模型判断微电网系统已实现稳定，故继续维持备用状态，但实际系统中，某两组储能装置延迟时间可能极其相近，此时会造成两组下垂投入，即出现冲突，针对冲突检测，主要分为两类：1)可控单元在相近时间投入，出现冲突；2)可控单元同时投入，出现冲突。针对上述两类冲突分别给出如下解决方案：

①可控电源在相近时间投入，出现冲突

储能在判断实时健康状态的同时，增加健康状态变化趋势等检测指标，以微电网分时调节频率变化为例进行仿真研究。

在附图10中，t₀时刻微电网脱网运行，t₁时刻系统频率跌落超出允许范围，系统健康状态降至最低标准线，判断微电网运行于非安全状态。此时，可控单元参与主电源地位竞争，t₂时刻容量裕度大的储能经退避时间后投入下垂控制，系统频率逐渐恢复，t₃时刻容量裕度小的可控电源检测系统健康状态低于最低标准，但是健康状态有改善趋势，容量裕度小的可控电源退出主电源竞争机制，即退出分时调节。

②可控电源同时投入，出现冲突

可控电源控制目标除情况1)中所述检测指标，同时涉及频率环流、电压环流检测；

在特殊情况下，从主电源投入到系统频率、电压特性开始恢复存在一定的延迟，在这段时间内，可能仍有电源判断系统健康度正在恶化而切换至主电源模式，系统将出现频率振荡。例如，在附图11中，t₁时刻各单元检测到系统健康状态超出最低标准线，进入分时调节环节，两可控电源经相同退避时间后同时切换至主电源模式，t₁～t₂时间内，频率出现环流。为了解决此问题，由随机rand()函数产生开关信号，二者随机退出主电源模式，t₂时刻，有一电源退出主电源模式，系统逐渐恢复稳定运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，其特征在于：该微电网具有如下特征：

①微电网稳定运行时有唯一主电源，即并网运行时以配电网作为主电源，孤岛运行时以微电源作为主电源，微电网包括分布式电源和负荷，将分布式电源称之为微电源，微电网的各个单元之间无通信网络；

②微电网包括可控单元和不可控单元，其中可控单元包括可控电源和可控负荷，不可控单元包括不可控电源和不可控负荷，可控电源和不可控电源共同构成微电源，可控负荷和不可控负荷共同构成负荷；可控电源的控制方案集成有改进下垂控制、改进倒下垂控制和恒功率控制策略，可控负荷的控制方案为改进倒下垂控制策略，不可控电源始终按照MPPT最大功率恒功率输出，不可控负荷正常运行；初始时，可控电源采用恒功率控制策略，负荷正常运行；

该方法具体包括如下步骤：

(1)系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，判断系统健康状态值y是否超出最低标准值y_min，评估系统是否安全稳定运行：若y∈(0,y_min)，则微电网运行于安全稳定状态，进入步骤(2)；若y∈[y_min,1)，则微电网运行于非安全稳定状态，进入步骤(3)；

(2)微电网进入基于系统健康状态评估的微电网分级控制子策略，简称分级调节策略，根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，可控电源在恒功率控制与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控负荷在正常运行与改进倒下垂控制策略间动态切换，可控单元自主加入/退出微电网电压频率调节；

(3)微电网进入借鉴CSMA/CD机制的微电网分时控制子策略，简称分时调节策略，确认微电网主电源控制权，主电源切换至改进下垂控制策略，具体过程为：借鉴CSMA/CD机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡。

2.根据权利要求1所述的基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，其特征在于：所述系统健康状态评估模型采用人工神经网络模型，综合考虑包括电压偏差、频率偏差、电压变化率、频率变化率在内的系统运行状态变量得到系统健康状态值y，对系统健康状态值设置分级指标描述系统健康状态；在微电网并网运行时，系统健康状态最优，可控电源采用恒功率控制策略；微电网由并网转孤岛时或者微电网孤岛无主电源运行时，系统健康状态最差，采用分时调节策略；微电网孤岛有主电源运行时，主电源采用改进下垂控制策略，主电源以外的其他分布式电源称为备用电源，根据分级调节策略，根据系统健康状态值y所处于的系统健康状态级别的不同，备用电源采用不同的控制策略。

3.根据权利要求1或2所述的基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，其特征在于：所述改进下垂控制策略是基于传统的下垂控制策略，并对控制对象的特性下垂曲线进行改进，具体为：

若控制对象为储能单元，对储能单元的特性下垂曲线做如下改进：设置充电下垂曲线斜率小于放电下垂曲线斜率；当到达功率极限时，功率限幅环节起作用，限制最大功率输出/吸收；

若控制对象为可控负荷，针对负荷低频减载及非连续性特性，应用离散化镜像下垂控制策略实现可中断负荷投切。

4.根据权利要求1或2所述的基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在判断微电网运行于安全稳定状态的基础上，可控电源根据系统健康状态y所处于的系统健康状态级别，自主进行控制策略的动态切换，主要包含以下两种情况：

①随着系统健康状态级别的降低，可控电源、可控负荷依次切换至改进倒下垂控制策略调节微电网动态性能，改善微电网电能质量；

②随着系统健康状态级别的改善，可控负荷、可控电源依次恢复至恒功率控制策略；恢复至恒功率控制策略后，若储能单元判断自身容量处于容量下限，由恒功率控制指令控制该储能单元充电。

5.根据权利要求1或2所述的基于系统健康状态评估与借鉴CSMA/CD机制的微电网自治控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在判断微电网运行于非安全稳定状态的基础上，借鉴CSMA/CD机制，让各个可控电源对主电源控制权进行竞争，使得能力强的可控电源优先获得主电源控制权，具体为：

可控电源在开始调整控制策略前先等待一段时间，称该段时间为退避时间，在退避时间内维持前一时刻的控制策略不变；不同可控电源的退避时间不同，对于第n个可控电源的退避时间T_delay[n]的计算方法如下：

$T_{delay}\&lsqb;n\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}{A}_m\&CenterDot;T_{\max }-T_{response}\&lsqb;n\&rsqb;& A_m\&GreaterEqual;\frac{T_{response}\&lsqb;n\&rsqb;}{T_{\max }}\\ 0& A_m<\frac{T_{response}\&lsqb;n\&rsqb;}{T_{\max }}\end{array}\right.$

T_delay[n]≤T_max－T_response[n]

y≥y_min

其中：A_m为延迟因子，其取值范围为0～1；m为退避次数；T_max为可控电源最大等待时间；T_response[n]为可控电源的响应时间；

在m＝1时，A₁的计算方法如下：

A₁＝α·P_N+β·Q+γ

其中：P_N为可控电源额定功率；Q为可控电源剩余能量；α为功率相关因子，是影响A_m的首要因素；β为能量相关因子，是影响A_m的次要因素；α、β和γ均为系统固定参数，与可控电源类型及状态有关；

经min{T_delay[1],T_delay[2],…,T_delay[n],…}，具备最小退避时间的可控电源作获得主电源控制权，将该可控电源切换至改进下垂控制策略，支撑微电网由非安全稳定状态向安全稳定状态过渡；系统健康状态评估模型实时评估系统健康状态，若微电网运行于安全稳定状态，则维持当前控制策略不变；

当微电网孤岛运行且主电源为储能单元时，因其输出功率、能量的有限性，对以下情况进行特殊处理：

①若主电源持续输出达到功率极限切换至额定功率输出，退出主电源运行模式；

②在微电网稳定运行期间，若储能单元的荷电状态达到安全下限或者上限，将影响系统安全运行于储能单元寿命，主电源将以最小功率/最大功率恒功率输出，退出主电源运行模式。