CN105391094B - 孤立微电网分布式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种孤立微电网分布式控制方法，该方法为各分布式电源分配一个分布式控制器，仅需相邻控制器间交互电压、频率信息，利用一致性算法评估得到全网平均电压和频率信息，用于二级优化控制，通过优化下垂控制的参考电压和频率，实现各分布式电源输出有功功率精确按照额定容量比例分配，并且进行系统调压和调频；与现有技术相比，该方法利用无中心节点的稀疏通信网络，可实现分布式电源的“即插即用”，仅通过交互电压信息，就可实现功率的比例控制，通信线路和通信量都较少，对通信线路要求低，方法的可靠性高。

Description

孤立微电网分布式控制方法

技术领域

本发明属于微电网及逆变器控制与优化技术领域，涉及一种孤立微电网分布式控制方法。

背景技术

微电网孤立自治运行时，多台分布式电源常通过电力电子装置并联运行以提高系统供电可靠性。分布式电源间的协调控制策略不仅影响系统的稳定性，也影响系统的运行效率。因此，孤立微电网的多机并联协调控制问题得到了广泛关注。

孤立微电网一般采用分层控制架构，一级控制通常采用下垂控制，实现基本的电压和频率调节，使分布式电源具有“即插即用”的功能。由于线路阻抗分布不均，传统下垂控制的功率分配精度低，且伴随电压的跌落，因此引入二级控制策略。目前，二级控制策略主要有集中式和自治式两种。集中式控制方法利用中心控制器采集各节点的信息，将信息计算处理得到的调节指令反馈给一级控制器实现二级控制。集中式方法虽然调节精度高，但由于存在中心控制器，可靠性及可扩展性差。自治控制基于本地信息控制，无需通信网络，鲁棒性高，但是功率分配精度低。

分布式控制方法利用稀疏通信网络，不存在中心控制器，克服了集中控制可靠不高和自治控制功率分配精度低的缺点。

利用分布式方法对孤立微电网进行控制，实现各分布式电源输出功率精确按照额定容量比例分配，并恢复系统电压和频率，实现微电网安全、稳定运行。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，针对微电网优化运行的问题，提出一种孤立微电网分布式控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

1.一种孤立微电网分布式控制方法其特征在于：

(1)在原有微电网控制架构基础上增加分布式稀疏通信网络，各节点地位对等，不存在主导节点，仅相邻的节点间进行通信。

(2)每个分布式电源配置一个分布式控制器，利用稀疏通信网络，与相邻控制器交互电压和频率信息，通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率，输出给二级控制器进行二级控制。

(3)二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分。利用全网平均电压进行二级功率优化，使得各分布式电源输出有功功率精确按额定容量比例分配。并利用全网平均电压和平均频率信息，恢复系统平均电压和频率至额定值，提高电能质量，实现孤立微电网安全稳定运行。

2.通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率：

为每个做下垂控制的分布式电源分配分布式控制器，分布式控制器具有通信和一致性计算两个功能。分布式控制器采集本地电压和频率信息，利用稀疏通信网络与邻居控制器交互信息，并利用所得有限信息，通过一致性算法迭代获得全网的平均电压和平均频率，将其输出给本地控制层中的二级控制器。

3.二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分。

(1)有功功率控制

由于微电网的电压等级较低，线路阻抗主要呈现阻性，因此采用P-V下垂控制如式(1)所示：

式中，E_n、P_n为电压额定值和有功功率额定值，E_min、E_max为最小和最大允许电压，P_max为最大允许有功功率。

利用全网平均电压进行控制，根据式(1)得：

稳态运行时，对于任意并联运行的分布式电源都相等，即P_i·n_p,i＝const，因此保证了在各台分布式电源输出电压不相同的情况下，输出有功功率不再受线路阻抗的影响，能够按照额定容量比例精确分配。利用式(2)两端信息进行PI调节，并根据式(1)简化得到有功调节量：

(2)电压控制

为了保证负荷点电压的质量，需要基于全网平均电压对各分布式电源进行同步电压调节，得到各分布式电源的电压调节量△V_i如下：

电压控制和有功功率控制都是采用调节下垂控制的参考电压的方式，可合并为式(5)。将式(3)中的E_i,ref加上ΔV_i进行修正，通过PI调节可得最终所需电压修正量△E′_p,i，从而得到分布式电源i的下垂控制的参考电压为：

式中，E_r,i＝E_i,ref+△V_i。同步调节各台DG的输出电压，使得有功功率精确分配，且全网平均电压稳定在额定值。

(3)频率控制

利用额定频率与全网平均频率的偏差进行PI调节，产生调节量优化一级下垂控制的参考频率，同步调节各台DG的输出频率，使得频率稳定在额定值。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

(1)该方法可以适应微电网内负荷的波动，无需知道线路阻抗分布情况，在线路阻抗未知的情况下，就可实现各分布式电源输出功率按照额定容量比例分配，并恢复系统平均电压和频率至额定值，提高电能质量。

(2)该方法在微电网分层控制架构上增加分布式稀疏通信网络，不存在中心控制器，且通信线路和通信量少，对通信线路的要求低，可靠性高；利用一致性算法获取全网平均信息进行二级控制，控制精度高，可实现分布式电源的“即插即用”功能。

附图说明

图1是分布式稀疏通信网络拓扑图；

图2是分布式二级优化控制架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作更进一步的说明。

1.本发明公开了一种孤立微电网分布式控制方法，适用于线路阻抗主要呈现阻性的交流微电网。

(1)在原有微电网控制架构基础上增加分布式稀疏通信网络，如图1所示，该网络的特征在于，各节点地位对等，不存在主导节点，仅相邻的节点间进行通信，通信线路较少。

(2)每个分布式电源配置一个分布式控制器，利用稀疏通信网络，与相邻控制器交互电压和频率信息，通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率，输出给二级控制器进行二级控制。

(3)二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分。利用全网平均电压进行二级功率优化，使得各分布式电源输出有功功率精确按额定容量比例分配。并利用全网平均电压和平均频率信息，恢复系统平均电压和频率至额定值，提高电能质量，实现微电网安全稳定运行。

2.本发明通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率：

为每个做下垂控制的分布式电源分配分布式控制器，分布式控制器具有通信和一致性计算两个功能。网络控制层中分布式控制器采集本地电压和频率信息，利用稀疏通信网络与邻居控制器交互信息，并利用所得有限信息，利用一致性算法按式(1)和(2)进行迭代获得全网的平均电压和平均频率，将其输出给本地控制层中的二级控制器。如图2所示。

式中，V_0,i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的电压值，d_ij为一致性迭代矩阵元素。

式中，f_i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的频率值，d_ij为一致性迭代矩阵元素。

3.本发明二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分，控制架构如图2所示。

(1)有功功率控制

由于微电网的电压等级较低，线路阻抗主要呈现阻性，因此采用P-V下垂控制如式(3)所示：

式中，E_n、P_n为电压额定值和有功功率额定值，E_min、E_max为最小和最大允许电压，P_max为最大允许有功功率。

利用全网平均电压进行控制，根据式(3)得：

稳态运行时，对于任意并联运行的分布式电源都相等，即P_i·n_p,i＝const，因此保证了在各分布式电源在输出电压不相同的情况下，输出有功功率不再受线路阻抗的影响，能够按照额定容量比例精确分配。利用式(4)两端信息进行PI调节，并根据式(3)简化得到有功调节量：

(2)电压控制

为了保证负荷点电压的质量，需要基于全网平均电压对各分布式电源进行同步电压调节，得到各分布式电源的电压调节量△V_i如下：

电压控制和有功功率控制都是采用调节下垂控制的参考电压的方式，可合并为式(7)。将式(5)中的E_i,ref加上ΔV_i进行修正，通过PI调节可得最终所需电压修正量△E′_p,i，从而得到分布式电源i下垂控制的参考电压为：

式中，E_r,i＝E_i,ref+△V_i。同步调节各台DG的输出电压，使得有功功率精确分配，且全网平均电压稳定在额定值。

(3)频率控制

利用额定频率与全网平均频率的偏差进行PI调节，产生调节量优化一级下垂控制的参考频率，同步调节各台DG的输出频率，使得频率稳定在额定值。

f_i ^*＝f_i,ref+△f_i,i＝1,2…,n(9)。

Claims (3)

1.一种孤立微电网分布式控制方法，其特征在于：

(1)在原有微电网控制架构基础上增加分布式稀疏通信网络，该网络的特征在于，各节点地位对等，不存在主导节点，仅相邻的节点间进行通信；

(2)每个下垂控制的分布式电源配置一个分布式控制器，利用稀疏通信网络，与相邻控制器交互电压和频率信息，通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率，输出给二级控制器进行二级控制；

(3)二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分；利用全网平均电压进行二级功率优化，使得各分布式电源输出有功功率精确按额定容量比例分配，并利用全网平均电压和平均频率信息，恢复系统平均电压和频率至额定值，提高电能质量。

2.根据权利要求1所述的一种孤立微电网分布式控制方法，其特征在于：通过一致性算法得到全网平均电压和平均频率，具体包括：

为每个做下垂控制的分布式电源分配分布式控制器，分布式控制器具有通信和一致性计算两个功能；分布式控制器采集本地电压和频率信息，利用稀疏通信网络与邻居控制器交互信息，并利用所得有限信息，通过一致性算法迭代获得全网的平均电压和平均频率，将其输出给本地控制层中的二级控制器。

3.根据权利要求1所述的一种孤立微电网分布式控制方法，其特征在于：二级控制包括有功功率控制、电压控制和频率控制三部分：

(1)有功功率控制

由于微电网的电压等级较低，线路阻抗主要呈现阻性，采用P-V下垂控制如下式所示：

式中，E_n、P_n为电压额定值和有功功率额定值，E_min、E_max为最小和最大允许电压，P_max为最大允许有功功率；

利用全网平均电压进行控制，根据式(1)得：

稳态运行时，对于任意并联运行的分布式电源都相等，即P_i·n_p,i＝const，利用式(2)两端信息进行PI调节，并根据式(1)简化得到有功调节量：

(2)电压控制

为了保证负荷点电压的质量，需要基于全网平均电压对各分布式电源进行同步电压调节，得到各分布式电源的电压调节量△V_i如下：

电压控制和有功功率控制都是采用调节下垂控制的参考电压的方式，可合并为式(5)，将式(3)中的E_i,ref加上ΔV_i进行修正，通过PI调节可得最终所需电压修正量△E′_p，i，从而得到分布式电源i的下垂控制的参考电压为：

式中，E_r,i＝E_i,ref+△V_i，同步调节各台DG的输出电压，使得有功功率精确分配，且全网平均电压稳定在额定值；

(3)频率控制

利用额定频率与全网平均频率的偏差进行PI调节，产生调节量优化一级下垂控制的参考频率，同步调节各台DG的输出频率，使得频率稳定在额定值。