CN105576837A - 一种微电网群分布式三级协同功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，所述微电网群包括m个微电网，m≥1；相邻的微电网之间采用稀疏分布式通信网络传递信息；每个微电网包括一个以上的分布式电源，每个分布式电源对应设置一个逆变器控制器，任选其中一个逆变器控制器作为牵制控制器，并为牵制控制器配置该微电网的群控制器。本发明提出微电网群分布式三级协同功率控制方法，均衡分配多个微电网的功率，并且恢复系统平均电压，保证微电网群的协调稳定运行。

Description

一种微电网群分布式三级协同功率控制方法

技术领域

本发明属于微电网及微电网群控制与优化技术领域，涉及一种微电网群分布式三级协同功率控制方法。

背景技术

不同微电网的负荷情况不同，将多个微电网联合成微电网群进行控制，能够协调分配各微电网的功率，减轻重载微电网的负担，避免有的微电网发电压力过重，有的过轻，均衡利用各个微电网的资源。

微电网采用分层控制架构，二级控制可实现各分布式电源的功率精确按额定容量比例分配，但是无法实现对微电网群间功率流动进行协调优化，因此，现有技术引入三级控制。

但现有技术中采用的是集中式三级控制，该种控制方式依赖中心控制器采集信息，通信量大，对通信线路要求高，并且一旦发生故障就会导致控制失败，可靠性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的控制方式依赖中心控制器采集信息，通信量大，对通信线路要求高，并且一旦发生故障就会导致控制失败，可靠性较低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，所述微电网群包括m个微电网，m≥1；相邻的微电网之间采用稀疏分布式通信网络传递信息；每个微电网包括一个以上的分布式电源，每个分布式电源对应设置一个逆变器控制器，任选其中一个逆变器控制器作为牵制控制器，并为牵制控制器配置该微电网的群控制器；该微电网的群控制器从牵制控制器处获取该微电网的总功率信息及平均电压信息，与相邻群控制器交互功率和电压信息，通过离散一致性算法获得微电网群的平均功率及平均电压，并输出给本地的牵制控制器；所述微电网总功率信即各分布式电源输出功率与额定容量之比的标幺值之和；基于由群控制器所得信息，牵制控制器通过网内稀疏分布式网络，利用离散一致性算法将各分布式电源的目标功率和系统平均电压信息传递到逆变器控制器，产生修正量优化一级控制的参考电压。

进一步，所述相邻的群控制器之间交互信息的具体方法是：群控制器i从本地牵制控制器得到该微电网的总发电功率Pⁱ和平均电压Uⁱ，并发送给相邻群控制器，同时接收相邻群控制器j的P^j和U^j信息，利用离散一致性算法如式1所示迭代，再重复信息交互和一致性迭代过程，收敛得到微电网群的平均有功功率P_ave和平均电压U_ave，将其输出本地牵制控制器；该分布式控制方法仅需要相邻群控制器间交互信息，各群控制器就可通过一致性迭代获取整个微电网群的均值信息；

$x_i\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{ij}{x}_j\[k\],i=1,2,...,n---\left(1\right)$

式中，x_i代表节点i的状态变量，即实际物理参数，包括电压、功率，d_ij是系数。

进一步，任意一个微电网的牵制控制器基于其相应的网内稀疏通信拓扑，向网内相邻逆变器控制器发送该微电网目标功率P_ave和n×U_ave信息，n为逆变器控制器的数目，并接收相邻逆变控制器的信息，通过离散一致性算法，该微电网内所有的逆变器控制器均可得到与之对应的分布式电源的目标功率和系统平均电压U_ave，用于本地三级控制。

进一步，所述本地三级控制包括有功功率控制和电压控制，所述有功功率控制以目标有功功率与实际有功功率作为输入值进行PI调节得到有功电压修正量，用以优化一级控制的参考电压；所述电压控制以系统平均电压U_ave和实际电压为输入值进行PI调节得到电压修正量，修正一级控制的参考电压，同步调节各分布式电源的输出电压，使得系统平均电压稳定在额定值。

本发明的优点是：(1)利用分布式三级协同功率控制方法，将多个微电网构成微电网群共同承担负荷，所有分布式电源功率按容量比例分配，均衡利用各微电网的资源，避免有的微电网发电压力过重，有的过轻，并且使系统平均电压恢复至额定值，微电网群能够协调稳定运行；(2)采用分布式控制方法，将分布式控制器分散在各个微电网中，不需要高性能的中心控制器。基于稀疏分布式通信网络，各节点地位对等，仅需相邻控制器间交互信息，通信量少且较为均衡，对通信线路的要求低，可靠性及可扩展性高。

附图说明

图1是微电网群分布式控制通信拓扑图；

图2是微电网的群控制器控制架构；

图3是微电网逆变器控制器控制架构

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。

如图1所示，本发明控制方法所述的微电网群包括m个微电网，每一个微电网中包含i个分布式电源，前述m和i均为大于等于1的整数；每个分布式电源各对应分配一个逆变器控制器，在i个逆变器控制器中任选第k个逆变器控制器同时配置该微电网的群控制器k^m，m表示第m个微电网，为方便叙述，该逆变器控制器称作牵制控制器，1≤k≤i。各微电网的群控制器构成一个网间稀疏分布式网络，微电网内逆变器控制器构成一网内稀疏分布式网络。

微电网群分布式策略：微电网的群控制器从牵制控制器处获取该微电网的总功率信息及平均电压信息，基于网间稀疏分布式通信网络，与相邻群控制器交互功率和电压信息，通过离散一致性算法获得微电网群的平均功率和平均电压，输出给本地的牵制控制器。

基于由群控制器所得信息，牵制控制器通过网内稀疏分布式网络，利用基于离散一致性算法的分布式策略将各分布式电源的目标功率和系统平均电压信息传递到逆变器控制器，用于本地三级控制，产生修正量优化一级控制的参考电压，使分布式电源输出目标功率，实现所有电源共同分担负荷，输出功率按容量比例分配，并进行系统电压的恢复，均衡各微电网的发电功率，实现微电网群协调稳定运行。

如图2所示，为微电网群控制器的控制架构，以第i个微电网为例，Nⁱ代表与第i个微电网相通信的群控制器。

该微电网的群控制器从本地牵制控制器得到该微电网的总发电功率Pⁱ(各电源输出功率与额定容量之比的标幺值之和)和平均电压Uⁱ，然后与相邻群控制器j(j∈Nⁱ)交互发电功率和平均电压信息，按式(1)进行一致性迭代，重复信息交互和一致性迭代过程，直到收敛得到微电网群的平均功率P_ave和平均电压U_ave，将其输出给牵制控制器。本次迭代过程结束，重复进行下一轮迭代。

$\begin{array}{c}{P}^i\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{ij}{P}^j\[k\]\\ U^i\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{ij}{U}^j\[k\],i=1,2,\mathrm{...},n\end{array}---\left(1\right)$

式中，d_ij为一致性算法的迭代系数，与网络拓扑结构有关，可按式(2)的方式设定，n为微电网数目。Pⁱ[k]和Uⁱ[k]为微电网i在第k次迭代时的功率和电压值。j是与微电网i通信的相邻微电网在第k次迭代时的功率和电压值。

$d_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\[max(n_i,n_j)+1\]}& j\∈N_i\\ 1-\underset{j\∈N_i}{\Σ}\frac{1}{\[max(n_i,n_j)+1\]}& i=j\\ 0& otherwise\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，max(n_i,n_j)是节点i及其相邻节点所拥有的邻居数目中的最大值。N_i是与节点i相连的邻居节点集合。

基于由群控制器所得信息，牵制控制器通过网内稀疏分布式网络，利用一致性算法将各分布式电源的目标功率和系统平均电压信息传递到逆变器控制器。

以微电网m为例，微电网m的牵制控制器k向相邻控制器发送微电网目标功率P_ave和n×U_ave(n为逆变器控制器数目)，并接收相邻控制器的信息(其他控制器的本地功率和电压为0)，按式(3)和式(4)进行一致性迭代，逆变器控制器i得到目标功率和系统平均电压U_ave，用于本地三级控制。

如图3所示，N_i代表与逆变器控制器i相通信的逆变器控制器。

$P_{ref,i}^m\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n^m}{\Σ}}{d}_{ij}{P}_{ref,j}^m\[k\],i=1,2,...n---\left(3\right)$

其中，微电网m的牵制控制器k初始发送功率信息：网内其他控制器i初始发送功率信息设置为0：i＝1,…n,&i≠k,n^m为微电网m中分布式电源数目。

$U_{ref,i}^m\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n^m}{\Σ}}{d}_{ij}{U}_{ref,j}^m\[k\],i=1,2,...,n---\left(4\right)$

其中，微电网m的牵制控制器k初始发送电压信息：

$U_{ref,k}^m\[0\]=n\×U_{ave},,$

网内其他控制器i初始发送电压信息设置为0：

于是网内各逆变器控制器通过一致性迭代得到各自的目标功率和系统平均电压

本地三级控制包括两部分，

(1)有功功率控制

微电网m中的各逆变器控制器，利用目标有功功率实际值与实际输出有功功率之差作PI调节得到有功电压修正量修正一级控制的参考电压。

${\mathrm{\δU}}_{i.P}^m=(P_i^{m*}\×P_{i,n}^m-P_i^m)(k_{p,p}+\frac{k_{I,p}}{s}),i=1,2,...n---\left(5\right)$

式中，为分布式电源i的额定有功功率。

(2)电压控制

调节有功功率的过程中，电压有可能越限，为了恢复系统电压，基于平均电压U_ave和额定电压U_n利用PI调节得到电压修正量修正一级控制的参考电压，同步进行电压调节，使全网平均电压稳定在额定值。

${\mathrm{\δU}}_{i,U}^m=(U_n-U_{ave})(k_{p,u}+\frac{k_{I,u}}{s}),i=1,2,...n---\left(6\right)$

Claims (4)

1.一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，其特征是：所述微电网群包括m个微电网，m≥1；相邻的微电网之间采用稀疏分布式通信网络传递信息；

每个微电网包括一个以上的分布式电源，每个分布式电源对应设置一个逆变器控制器，任选其中一个逆变器控制器作为牵制控制器，并为牵制控制器配置该微电网的群控制器；

该微电网的群控制器从牵制控制器处获取该微电网的总功率信息及平均电压信息，与相邻群控制器交互功率和电压信息，通过离散一致性算法获得微电网群的平均功率及平均电压，并输出给本地的牵制控制器；所述微电网总功率信即各分布式电源输出功率与额定容量之比的标幺值之和；

基于由群控制器所得信息，牵制控制器通过网内稀疏分布式网络，利用离散一致性算法将各分布式电源的目标功率和系统平均电压信息传递到逆变器控制器，产生修正量优化一级控制的参考电压。

2.根据权利要求1所述的一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，其特征是：所述相邻的群控制器之间交互信息的具体方法是：群控制器i从本地牵制控制器得到该微电网的总发电功率Pⁱ和平均电压Uⁱ，并发送给相邻群控制器，同时接收相邻群控制器j的P^j和U^j信息，利用离散一致性算法如式1所示迭代，再重复信息交互和一致性迭代过程，收敛得到微电网群的平均有功功率P_ave和平均电压U_ave，将其输出本地牵制控制器；该分布式控制方法仅需要相邻群控制器间交互信息，各群控制器就可通过一致性迭代获取整个微电网群的均值信息；

$x_i\[k+1\]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{ij}{x}_j\[k\],i=1,2,...,n---\left(1\right)$

式中，x_i代表节点i的状态变量，即实际物理参数，包括电压、功率，d_ij是系数。

3.根据权利要求1所述的一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，其特征是：任意一个微电网的牵制控制器基于其相应的网内稀疏通信拓扑，向网内相邻逆变器控制器发送该微电网目标功率P_ave和n×U_ave信息，n为逆变器控制器的数目，并接收相邻逆变控制器的信息，通过离散一致性算法，该微电网内所有的逆变器控制器均可得到与之对应的分布式电源的目标功率和系统平均电压U_ave，用于本地三级控制。

4.根据权利要求1所述的一种微电网群分布式三级协同功率控制方法，其特征是：所述本地三级控制包括有功功率控制和电压控制，所述有功功率控制以目标有功功率与实际有功功率作为输入值进行PI调节得到有功电压修正量，用以优化一级控制的参考电压；所述电压控制以系统平均电压U_ave和实际电压为输入值进行PI调节得到电压修正量，修正一级控制的参考电压，同步调节各分布式电源的输出电压，使得系统平均电压稳定在额定值。