CN105790260B - 一种孤立微电网分布式二级经济控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，所述微电网的控制结构包括一级控制和二级控制，所述一级控制采用下垂控制方式，所述二级控制采用分布式策略，为一级控制产生参考电压和频率的调节量。本发明基于多代理系统架构，为各分布式电源分配代理，利用分布式策略得到各电源的目标有功功率等信息，用于本地二级控制，进行一级控制的参考电压和频率的优化，通过使各分布式电源边际成本一致，实现微电网经济运行，并进行系统电压及频率的恢复，提高电能质量，能在线路阻抗未知的情况下，仅通过增加稀疏分布式通信网络，实现孤立微电网经济稳定运行，不存在中心控制器，可靠性及可扩展性高。

Description

一种孤立微电网分布式二级经济控制方法

技术领域

本发明属于微电网控制与优化技术领域，涉及一种孤立微电网分布式二级经济优化控制方法。

背景技术

不同类型分布式电源的发电成本不同，传统下垂控制按照容量比例分配功率，易造成系统运行成本偏高，因此需考虑各分布式电源的成本经济分配功率。

因此，现有技术中引入二级控制优化分配全网功率。现有技术中采用的二级控制主要有集中式控制和分散式控制两种。

集中控制利用中心控制器采集全网络的信息，产生调节量再下发到各个一级控制器，虽然调节精度高，但由于依赖中心控制器，系统的可靠性和可扩展性较差。

分散控制根据本地信息进行控制，无需通信线路，但是调节精度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的二级控制方式或者可靠性、可扩展性差，或者调解精度低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，所述微电网的控制结构包括一级控制和二级控制，所述一级控制采用下垂控制方式，所述二级控制采用分布式策略，用于为一级控制产生参考电压和频率的调节量，包括以下步骤：1)建立多代理系统架构，为每个分布式电源分配代理，所述多代理系统架构包括一个以上的代理，任意两个相邻的代理之间信息交互传递，所述交互传递的信息包括边际成本、电压和频率信息；2)通过分布式一致性算法求取所需目标有功功率、全网平均电压和平均频率信息，输出给二级控制器；3)二级控制器根据接收到的信息进行二级控制，所述二级控制包括参考电压修正控制和频率修正控制，产生调节量优化一级控制的参考电压和频率。

每台分布式电源都有二级控制器，都分配一个代理。代理与邻居交互信息，再利用一致性算法迭代。所有代理同时进行一致性迭代，收敛得到平均信息(理论上每个代理收敛得到的值是相等的就是所有节点平均值)，输出给相应的本地二级控制器。代理只需要邻居信息就可以得到全网络节点的平均信息。本发明利用分布式二级经济优化控制，为下垂控制的分布式电源分配代理，由代理完成与邻居代理间边际成本、电压、频率信息的交互，通过分布式算法求取目标有功功率、全网平均电压和平均频率，输出给本地二级控制器进行二级控制。二级控制产生修正量优化一级控制的参考电压和频率，使各分布式电源输出目标有功功率，实现边际成本一致，从而降低系统运行成本，优化分配功率，提高电能质量，并进行系统电压和频率的恢复，保证孤立微电网经济、稳定运行。

进一步，步骤2)中的分布式一致性算法具体方法如下：

代理i首先采集本地边际成本L_i和节点电压U_i信息，然后与邻居代理交互边际成本和节点电压信息，检测是否收到邻居代理的功率饱和通知，若没有则采用原始状态转移矩阵D；若收到，则邻居代理退出一致性网络，代理i相应修改矩阵D，按照式(1)进行一致性计算；如此循环迭代收敛得到平均边际成本L_ave和全网平均电压；

式中，d_ij为系统的状态转移矩阵D中的元素，n为输出有功功率未饱和电源数目，L_i[k]和U_i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的边际成本和节点电压值；

再计算目标有功功率，若越限，则限制为最大有功功率，该分布式电源饱和，向邻居代理发送功率饱和通知，退出电压和功率的一致性网络，最终得到目标有功功率

式中，α_i、β_i为分布式电源i的成本系数，P_i,max为分布式电源i最大允许输出有功功率；

本次迭代过程结束，重复进行下一轮迭代；

频率的一致性迭代不受节点有功功率饱和的影响，采用原始矩阵D，迭代收敛得到全网平均频率。

进一步，所述步骤3)中的参考电压修正控制具体控制方式如下：利用目标有功功率与实际有功功率之差通过PI调节得到有功电压修正量，修正一级控制的参考电压，实现输出目标有功功率，未饱和分布式电源的边际成本一致；基于全网平均电压与额定电压信息利用PI调节得到电压修正量，修正一级控制的参考电压，对各分布式电源同步进行电压调节，使全网平均电压稳定在额定值；当分布式电源的输出有功功率未达到最大允许功率限值时，认为该电源未饱和，参与电压调节；当输出有功功率达到最大允许功率时，认为该电源饱和，不参与电压调节。

进一步，所述步骤3)中的频率修正控制具体控制方式如下：利用额定频率与全网平均频率之差进行PI调节，得到频率调节量，修正一级控制的参考频率，对各分布式单元进行同步频率控制，恢复系统频率。

本发明的优点是：(1)该方法能在线路阻抗未知的情况下，通过分布式二级经济优化控制，实现输出功率未饱和分布式电源的边际成本一致，从而降低系统运行成本，且使全网平均电压和频率恢复至额定值，提高了电能质量，孤立微电网经济稳定运行。(2)克服了集中控制可靠性不高和分散控制功率分配精度低的不足。分布式控制，可实现分布式电源的“即插即用”，基于稀疏分布式通信网络，不存在中心控制器，通信量少且均衡，可靠性及可扩展性高。

附图说明

图1是本发明微电网分布式二级经济优化控制结构图。

图2是本发明代理信息处理流程图。

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。

本发明一种孤立微电网分布式二级经济控制方法的控制结构包括一级控制和二级控制。

所述一级控制采用传统的下垂控制方式。

如图1所示，所述二级控制采用分布式策略，用于为一级控制产生参考电压和频率的调节量，包括以下步骤：

1)建立多代理(Agent)系统架构，为每个分布式电源分配代理，所述多代理系统架构包括n个代理，n≥1；各代理构成一稀疏分布式网络，任意两个相邻的代理之间信息交互传递，所述交互传递的信息包括边际成本、电压和频率信息；

2)基于所得有限信息，通过分布式一致性算法求取所需目标有功功率、全网平均电压和平均频率信息，输出给二级控制器；

3)二级控制器根据接收到的信息进行二级控制，所述二级控制包括参考电压修正控制和频率修正控制，利用一致性算法评估得到的信息进行调节，产生修正量优化一级控制的参考电压和频率，从而实现对各分布式电源输出功率、电压和频率的调控，实现边际成本一致，降低系统运行成本，并进行系统电压和频率的恢复，孤立微电网经济稳定运行。

微电网中每台分布式电源的发电成本为C_i(P_i)＝α_iP_i ²+β_iP_i+γ_i。

式中，α_i、β_i、γ_i为分布式电源i的成本系数，P_i为分布式电源i输出有功功率。

当各台分布式电源的边际成本相等时，微电网的总发电成本最小。本发明采用分布式二级控制策略实现各分布式电源的边际成本一致。

如图2所示，步骤1)中相邻代理之间信息交互传递的方式如下。

在Agent中设置时钟，用以驱动各Agent采集及交互信息。时钟周期设为T_s，令t＝t₀+kT_s，简记为t＝k。时钟启动时，k＝0，Agent i采集本地边际成本L_i[0]和节点电压U_i[0]，然后与邻居Agent交互边际成本和节点电压信息，检测是否收到邻居Agent的功率饱和通知(可设置一个标志判断)，若没有，则采用原始状态转移矩阵D；若收到通知，则修改矩阵D，再按照式(1)计算L_i[k+1]和U_i[k+1]。

式中，d_ij为系统的状态转移矩阵D中的元素，n为有功功率未饱和电源数目。L_i[k]和U_i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的边际成本和节点电压值。其中，

已有文献提出一种Metropolis方法用于构造D矩阵，用下式表示：

式中，max(n_i,n_j)是节点i及其邻居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。

当Agent i收到邻居Agent的功率饱和通知时，说明该邻居退出功率和电压一致性网络，则Agent i的邻居数目减1，然后需要按照式(3)更新d_ij。

下一时钟周期，继续上述一致性迭代过程，收敛得到平均边际成本L_ave和平均电压U_ave。按前述所提功率判断策略，得到目标有功功率P_i ^*如式(4)所示。本次迭代过程结束，重复进行下一轮迭代。

式中，P_i,max为分布式电源i的最大允许输出有功功率。

在系统重载时，边际成本低的分布式电源输出有功功率易饱和，控制时为防止其功率越限，采取功率判断策略：由平均边际成本得到目标有功功率，判断其是否越限，若越限，将其限制在最大功率值，该分布式电源达到饱和状态，Agent向邻居Agent发送功率饱和通知，并退出功率和电压的一致性网络，由于网络拓扑发生改变，剩余Agent相应修改矩阵D，再参与平均边际成本和电压的计算。

频率的迭代不受节点有功功率是否饱和的影响，采用原始状态转移矩阵D按式(5)进行频率一致性迭代，收敛得到全网平均频率f_ave。

式中，n为下垂控制单元数目。f_i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的频率值。

基于一致性算法得到的目标有功功率P_i ^*、全网平均电压U_ave和平均频率f_ave信息进行二级优化控制，主要包括以下两部分：

(1)参考电压的修正

利用目标有功功率与实际有功功率之差通过PI调节得到有功电压修正量如式(6)所示。

为了稳定负荷点的电压，基于全网平均电压信息U_ave与额定电压U_n，利用PI调节得到电压修正量如下式。

式中，v为方式选择位。当分布式电源输出有功功率未饱和时，v＝1，参与电压调节；当饱和时，输出最大功率，v＝0，不参与电压调节。

下垂控制的参考电压可优化为：

(2)参考频率的修正

利用额定频率f_n与全网平均频率f_ave之差进行PI调节，得到频率调节量δf_i，修正一级控制的参考频率如式(9)所示，对各单元进行同步频率控制，恢复系统频率。

Claims (4)

1.一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，其特征在于：所述微电网的控制结构包括一级控制和二级控制，所述一级控制采用下垂控制方式，所述二级控制采用分布式策略，用于为一级控制产生参考电压和参考频率的调节量，包括以下步骤：

1)建立多代理系统架构，为每个分布式电源分配代理，所述多代理系统架构包括一个以上的代理，任意两个相邻的代理之间信息交互传递，所述交互传递的信息包括边际成本、电压和频率信息；

2)每个代理通过分布式一致性算法求取所需目标有功功率、全网平均电压和平均频率信息，输出给本地二级控制器；

3)二级控制器根据接收到的信息进行二级控制，所述二级控制包括参考电压修正控制和频率修正控制，产生调节量优化一级控制的参考电压和频率。

2.根据权利要求1所述的一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，其特征在于：步骤2)中的分布式一致性算法具体方法如下：

代理i首先采集本地边际成本L_i和节点电压U_i信息，然后与邻居代理交互边际成本和节点电压信息，检测是否收到邻居代理的功率饱和通知，若没有则采用原始状态转移矩阵D；若收到，则邻居代理退出一致性网络，代理i相应修改矩阵D，按照式(1)进行一致性计算；如此循环迭代收敛得到平均边际成本L_ave和全网平均电压；

式中，d_ij为系统的状态转移矩阵D中的元素，n为输出有功功率未饱和的电源数目，L_i[k]和U_i[k]为分布式电源i在第k次迭代时的边际成本和节点电压值；

式中，max(n_i,n_j)是节点i及其邻居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；

再计算目标有功功率，若越限，则限制为最大有功功率，该分布式电源饱和，向邻居代理发送功率饱和通知，退出电压和功率的一致性网络，最终得到目标有功功率

式中，α_i、β_i为分布式电源i的成本系数，P_i,max为分布式电源i最大允许输出有功功率；

本次迭代过程结束，重复进行下一轮迭代；

频率的一致性迭代不受节点有功功率饱和的影响，采用原始状态转移矩阵D，迭代收敛得到全网平均频率。

3.根据权利要求1所述的一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，其特征在于：所述步骤3)中的参考电压修正控制具体控制方式如下：

利用目标有功功率与实际有功功率之差通过PI调节得到有功电压修正量，修正一级控制的参考电压，实现输出目标有功功率，未饱和分布式电源的边际成本一致；基于全网平均电压与额定电压信息利用PI调节得到电压修正量，修正一级控制的参考电压，对各分布式电源同步进行电压调节，使全网平均电压稳定在额定值；当分布式电源的输出有功功率未达到最大允许功率限值时，认为该电源未饱和，参与电压调节；当输出有功功率达到最大允许功率时，认为该电源饱和，不参与电压调节。

4.根据权利要求1所述的一种孤立微电网分布式二级经济控制方法，其特征在于：所述步骤3)中的频率修正控制具体控制方式如下：

利用额定频率与全网平均频率之差进行PI调节，得到频率调节量，修正一级控制的参考频率，对各分布式单元进行同步频率控制，恢复系统频率。