CN108206544A - 基于一致性协议的多微网协调控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于一致性协议的多微网协调控制方法，包括步骤1、微网控制器通过通讯系统采集微源控制器和负荷控制器的功率，响应上层中央控制器的指令；步骤2、微源控制器基于一致性算法计算每个子微网承担的功率波动：步骤3、微源控制器基于一致性算法协调微源的输出功率：步骤4、判断多微网的功率是否平衡，若负荷需求超过分布式电源发出功率总和，则通过切除不重要负荷或者按照80％的比例切除负荷返回步骤2；若分布式电源发出的功率总和能够满足负荷需求，则维持多微网功率平衡。本发明不仅满足传统方法的功率平衡问题，还在功率一致性的基础上，通过对微源下垂控制的改进，实现了电压与频率的一致性。

Description

基于一致性协议的多微网协调控制方法

技术领域

本发明涉及微电网，特别是一种基于一致性协议的多微网协调控制方法。

背景技术

微网可由分布式电源、储能系统、负荷等多个发电单元、用电单元灵活构成，是能够并网及独立运行的灵活配电子系统。因而，微网作为电网与分布式电源的中间层，能够在分布式能源接入率最大化的同时，通过有效的管理逻辑与协调控制体系，弱化甚至消除分布式电源接入对电网运行的风险，并充分发挥电网灵活高效运行的技术优势。随着具有自治管理特性的微网结构在配电网中的日益普及，根据IEEE Std 1547.4的定义，各微网之间还可能存在着并联、串联以及嵌套等关系，从而在复杂配电网中形成多微网系统。与单个微网相比，为了实现系统稳定、保证供电的可靠性和电能质量，多微网不仅需要确保其内部元件或子微网在并网和孤网状态下的单独控制与正常运行，还需要实现系统内各微网、各自主元件间的协调控制，以保证多微网系统的正常运转。因此，多微网运行控制的一致性问题是实际运行中亟待解决的关键性问题，研究多微网系统电压与频率的一致性十分具有现实意义。

发明内容

本发明的目的主要研究基于多智能体一致性协议的多微网协调控制方法，以实现维持多微网系统电压频率稳定的目标。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于多智能体一致性协议的多微网协调控制方法，该方法主要包括两层，上层为微网控制器(MC)基于一致性算法分配功率，具体实施步骤如下：

步骤1、微网控制器通过通讯系统采集微源控制器(GC)和负荷控制器(LC)的功率，响应上层中央控制器(MGCC)的指令；

步骤2、微源控制器(MC)基于一致性算法计算每个子微网承担的功率波动，具体步骤如下：

2A.MC根据各自网络中电源状态信息计算每个子微网的初始功率余量：

式中：M_i为第i个子微网内微源控制器(GL)的集合；N_i为第i个子微网内负荷控制器(LC)的集合；P_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出有功功率；P_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的有功功率；Q_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出的无功功率；Q_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的无功功率。计算得到第i个子微网的有功功率余量P_resi和无功功率余量Q_resi。

2B.多微网系统在响应负荷需求和微网功率波动时，各子微网MC通过一致性协议的协调过程，达成每个子微网承担的有功功率和无功功率波动平均值，分别记作P_ave、Q_ave。

式中：E为多微网系统中子微网系统的集合(即微网控制器(MC)的集合)；P_resi为子微网i的有功功率余量；Q_resi为子微网i的有功功率余量；a_ij为智能体连接权重，若智能体i与智能体j之间存在的信息交换，a_ij＝1，否则，a_ij＝0。P_ave、Q_ave为一致性算法计算所得到的各子微网承担多微网功率变化的输出有功功率和无功功率平均值。

若P_ave≤0、Q_ave≤0，则多微网系统需要通过切除一定比例的负荷才能实现功率平衡，抑制功率波动，此时一般切除多微网系统中的次要负荷，更新子微网中的负荷信息，重新通过一致性算法计算各子微网承担多微网功率变化的输出有功功率和无功功率平均值。

2C.计算各个子微网实际承担的有功和无功功率，计算公式如下：

式中：P_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的有功功率；P_need为多微网系统内负荷的有功功率需求；Q_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的无功功率；Q_need为多微网系统内负荷的无功功率需求。

步骤3、微源控制器器(GC)基于一致性算法协调微源的输出功率，具体步骤如下：

3A.基于一致性算法建立GC动态模型：

其中，f_i、v_i为GC控制器i采集到的其所控制DG的实际输出频率和电压幅值；f_j、v_j为与GC控制器i相邻的其他GC控制器的输出频率与电压幅值；a_ij为GC控制器i、j之间的通信关系；b_i为与GC控制器i相邻的MC之间的通信关系；c_i为耦合系数，其决定了多微网控制器一致性收敛的速度。

3B.修正下垂关系曲线：

3C.基于下垂曲线输出功率：

式中，f_n代表最大频率值，m_P代表下垂系数；v_n代表最大的电压幅值，n_Q代表下垂系数。

步骤4、判断多微网的功率是否平衡，若负荷需求超过分布式电源发出功率总和，则通过切除一定的负荷后，返回步骤2重新平衡多微网系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

传统多微网系统管理方式多为集中式管理，集中管理鲁棒性较差和通讯安全性低，同时多微网中存在电压幅值和频率的不一致问题，无法保证多微网系统的稳定性，本发明的采用基于一致性协议的多微网协调控制方法，不仅采用点对点的通讯方式提高多微网的鲁棒性和可拓展性，同时使电压幅值与频率趋于参考值有助于提高多微网的稳定性，同时本发明采用多微网系统作为控制方法应用的系统，更符合微网应用的趋势，有助于推动分布式电源的应用。

附图说明

图1是多微网控制器配置图。

图2是通讯网络结构图，(a)是微源一致性通讯结构，(b)是微网一致性通讯结构。

图3是多微网算例结构图

图4是多微网一致性协调工作流程图

图中，1.配电网，2.中央控制器(MGCC)，3.微网控制器(MC)，4.负荷控制器(LC)，5.负荷(LD)，6.微源控制器(GC)，7.分布式电源(DG)，8.变压器，9.断路器，10.多微网系统。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例子，并配合附图作详细说明如下。图3为仿真算例结构图，图1为多微网控制器配置图，即图4算例结构图中控制器的配置方案。现简要用图1阐述图3的控制器配置，未显累赘在在3中不画出控制器。图1中多微网系统与配电网1之间连接一个中央控制器2，负荷5通过负荷控制器4连接到微网中，分布式电源7通过微源控制器6接入到微网中，子微网通过微网控制器接入到多微网系统。例如图1中负荷5和分布式电源7即为一个子微网系统。为更清楚阐述微网控制器的配置，图3中虚线框所描述的三个单元都为子微网，在一致性算法中各配置一个微网控制器。

图2是通讯网络结构图，(a)是微源一致性通讯结构，3.微网控制器主要起领导性作用，设置电压与频率的参考值，6.微源控制器之间基于图示虚线通讯网络进行一致性算法计算，其通讯的信息主要是f_i和v_i；(b)是微网一致性通讯结构，3.微网控制器基于图示虚线通讯网络进行一致性算法计算，其通讯的信息主要是P_res和Q_res。

图4为多微网一致性协调工作流程图，即下述步骤1到步骤4的过程：

步骤1、微网控制器通过通讯系统采集微源控制器(GC)和负荷控制器(LC)的功率，响应上层中央控制器(MGCC)的指令；

步骤2、微源控制器(MC)基于一致性算法计算每个子微网承担的功率波动，具体步骤如下：

2A.MC根据各自网络中电源状态信息计算每个子微网的初始功率余量：

式中：M_i为第i个子微网内微源控制器(GC)的集合；N_i为第i个子微网内负荷控制器(LC)的集合；P_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出有功功率；P_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的有功功率；Q_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出的无功功率；Q_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的无功功率。计算得到第i个子微网的有功功率余量P_resi和无功功率Q_resi。

2B.多微网系统在响应负荷需求和微网功率波动时，各子微网MC通过一致性协议的协调过程，达成每个子微网承担的有功功率和无功功率波动平均值，分别记作P_ave、Q_ave。

式中：E为多微网系统中子微网系统的集合(即微网控制器(MC)的集合)；P_resi为子微网i的有功功率余量；Q_resi为子微网i的有功功率余量；a_ij为智能体连接权重，若智能体i与智能体j之间存在的信息交换，a_ij＝1，否则，a_ij＝0。P_ave、Q_ave为一致性算法计算所得到的各子微网承担多微网功率变化的输出功率平均值。

若P_ave≤0、Q_ave≤0，则多微网系统需要通过切除一定比例的负荷才能实现功率平衡，抑制功率波动，此时一般切除多微网系统中的次要负荷，更新子微网中的负荷信息，重新通过一致性算法计算各子微网承担多微网功率变化的输出功率平均值。

2C.计算各个子微网实际承担的波动功率，计算公式如下：

式中：P_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的有功功率；P_need为多微网系统内负荷的有功功率需求；Q_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的无功功率；Q_need为多微网系统内负荷的无功功率需求。

步骤3、微源控制器器(GC)基于一致性算法协调微源的输出功率，具体步骤如下：

3A.基于一致性算法建立GC动态模型：

其中，f_i、v_i为GC控制器i采集到的其所控制DG的实际输出频率和电压幅值；f_j、v_j为与GC控制器i相邻的其他GC控制器的输出频率与电压幅值；a_ij为GC控制器i、j之间的通信关系；b_i为与GC控制器i相邻的MC之间的通信关系；c_i为耦合系数，其决定了多微网控制器一致性收敛的速度。

3B.修正下垂关系曲线：

3C.基于下垂曲线输出功率：

式中，f_n代表最大频率值，m_P代表下垂系数；v_n代表最大的电压幅值，n_Q代表下垂系数。

步骤4、判断多微网的功率是否平衡，若负荷需求超过分布式电源发出功率总和，则通过切除一定的负荷后，返回步骤2重新平衡多微网系统。

本发明公开了一种针对多微网电压与频率存在一致性问题的多微网协调控制方法。该控制方法包括基于一致性算法的微网控制器(MC)的输出功率一致性和基于一致性算法的微源智能体(GC)的电压与频率一致性，不仅满足传统方法的功率平衡问题，还在功率一致性的基础上，通过对微源下垂控制的改进，实现了电压与频率的一致性。该控制方法创新点体现在“点”对“点”的通讯方式比集中通讯更具有鲁棒性，同时电压和频率的一致性增强了系统的稳定性。

Claims (3)

1.一种基于一致性协议的多微网协调控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、微网控制器通过通讯系统采集微源控制器和负荷控制器的功率，响应上层中央控制器的指令；

步骤2、微源控制器基于一致性算法计算每个子微网承担的功率波动：

步骤3、微源控制器基于一致性算法协调微源的输出功率：

步骤4、判断多微网的功率是否平衡，若负荷需求超过分布式电源发出功率总和，则通过切除不重要负荷或者按照80％的比例切除负荷返回步骤2；若分布式电源发出的功率总和能够满足负荷需求，则维持多微网功率平衡。

2.根据权利要求1所述的基于一致性协议的多微网控制方法，其特征在于，所述的步骤2计算每个子微网承担的功率波动，具体包括如下步骤：

2A.微源控制器根据各自网络中电源状态信息计算每个子微网的功率余量：

式中：M_i为第i个子微网内微源控制器的集合；N_i为第i个子微网内负荷控制器的集合；P_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出有功功率；P_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的有功功率；Q_GAk为第i个子微网内第k台微源的最大输出的无功功率；Q_LAk为第i个子微网内第k个负荷所需的无功功率，P_resi为第i个子微网的有功功率余量，Q_resi为第i个子微网的无功功率余量；

2B.多微网系统在响应负荷需求和微网功率波动时，各子微网微源控制器通过一致性协议的协调过程，达成每个子微网承担的有功和无功功率波动平均值，分别记作P_ave、Q_ave，公式如下：

式中：E为多微网系统中子微网系统的集合，即微网控制器的集合；P_resi为子微网i的有功功率余量；Q_resi为子微网i的无功功率余量；a_ij为智能体连接权重，若智能体i与智能体j之间存在的信息交换，a_ij＝1，否则，a_ij＝0；P_ave、Q_ave为一致性算法计算所得到的各子微网承担多微网功率变化的输出有功功率和无功功率平均值；

若P_ave≤0、Q_ave≤0，则多微网系统需要通过切除多微网系统中的次要负荷，更新子微网中的负荷信息，重新通过一致性算法计算各子微网承担多微网功率变化的输出有功功率和无功功率平均值。

2C.计算各个子微网实际承担的波动功率，公式如下：

式中：P_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的有功功率；P_need为多微网系统内负荷的有功功率需求；Q_ui为子微网i承担的多微网系统内波动的无功功率；Q_need为多微网系统内负荷的无功功率需求。

3.根据权利要求1所述的基于一致性协议的多微网控制方法，其特征在于，所述的步骤3基于一致性协议的微源协调输出功率的方法，具体包括如下步骤：

3A.基于一致性算法建立微源控制器动态模型：

其中，f_i、v_i为GC控制器i采集到的其所控制微源控制器的实际输出频率和电压幅值；f_j、v_j为与微源控制器i相邻的其他微源控制器的输出频率与电压幅值；a_ij为微源控制器i、微源控制器j之间的通信关系；b_i为与微源控制器i相邻的微源管理器之间的通信关系；c_i为耦合系数，其决定了多微网控制器一致性收敛的速度；

3B.修正下垂关系曲线：

3C.基于下垂曲线输出功率：

式中，f_n代表最大频率值，m_P代表下垂系数；v_n代表最大的电压幅值，n_Q代表下垂系数。