CN110429618A - 微电网调频控制方法、控制系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微电网调频控制方法、控制系统及装置，所述微电网调频控制方法包括：根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间传递函数关系构建微电网频率响应模型；根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；根据所述等效下垂系数对调频控制器的参数进行整定。利用本发明，可以在无法掌握微电网内部参数信息的情况下，获取等效下垂系数，完成对微电网二次频率控制器的自适应控制。

Description

微电网调频控制方法、控制系统及装置

技术领域

本发明涉及电力电子领域技术领域，特别涉及微电网调频控制方法、控制系统及装置。

背景技术

微电网作为一种小型发配电系统，可以运行于孤岛模式或并网模式。当公共耦合点的智能断路器处于断开状态时，微电网工作于孤岛运行模式。此时常采用下垂控制、虚拟同步机控制等控制策略来建立起微电网的电压和频率之间的关系。

当采用下垂控制时，由于有功负荷的投切等因素会造成微电网系统频率的偏移，需要采取二次调频控制策略对系统的频率进行恢复。然而由于微电网中商业电源的广泛使用，出于商业保密等因素，使得微电网具体参数信息难以获取，或者获取的信息大多是简化后的，想要通过机理建模的方式对系统进行二次调频的难度大为增加。

因此，如何在无法获得微电网内部信息或获取的信息大多是简化后的信息的情况下，进行二次调频控制，是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微电网调频控制方法、控制系统及装置，用于解决现有技术中微电网内部参数信息难于获取造成的二次调频无法进行的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微电网调频控制方法，所述微电网调频控制方法包括：

根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间的关系构建微电网频率响应模型；

根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；

对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；

利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；

根据所述等效下垂系数对调频控制器的参数进行整定。

在一实施例中，利用递推阻尼最小二乘辨识算法，对所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数进行辨识。

在一实施例中，所述微电网系统为低压微电网系统。

在一实施例中，通过采集模块采集所述微电网系统的总输出有功功率和系统频率。

在一实施例中，所述采集模块包括智能开关。

在一实施例中，按照典型二型系统对调频控制器的参数进行整定。

在一实施例中，所述调频控制器的参数包括积分系数和比例系数。

在一实施例中，所述调频控制器的参数包括积分系数，所述积分系数满足下式：

其中，k_i为所述调频控制器的积分系数，K₂为所述等效下垂系数，τ为所述微电网系统的时间常数。

在一实施例中，所述调频控制器的参数包括比例系数，所述比例系数满足下式：

其中，k_p为所述调频控制器的比例系数，K₂为所述等效下垂系数，τ为所述微电网系统的时间常数。

在一实施例中，所述对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识的步骤包括，根据所述微电网系统的结构和参数的变化，实时辨识出所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种微电网调频控制系统，所述微电网调频控制系统包括：

微电网频率响应模块，用于根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间的关系构建微电网频率响应模型；

黑箱辨识模块，与所述微电网频率响应模块连接，所述黑箱辨识模块用于根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；

参数辨识模块，与所述黑箱辨识模块连接，所述参数辨识模块用于对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；

等效下垂系数求取模块，与所述参数辨识模块连接，所述等效下垂系数求取模块用于利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；

整定模块，与所述等效下垂系数求取模块连接，所述整定模块用于根据所述等效下垂系数的数值对调频控制器的参数进行整定。

在一实施例中，所述微电网调频控制系统还包括：采集模块，所述采集模块用于采集所述微电网系统的总输出有功功率和系统频率。

在一实施例中，所述采集模块包括智能开关。

在一实施例中，所述参数辨识模块利用递推阻尼最小二乘辨识算法，对所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数进行辨识。

在一实施例中，所述微电网系统为低压微电网系统。

在一实施例中，所述调频控制器的参数包括积分系数和比例系数。

在一实施例中，所述整定模块按照典型二型系统对调频控制器的参数进行整定。

在一实施例中，所述参数辨识模块能够根据所述微电网系统的结构和参数的变化，实时辨识出所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种服务装置，所述服务装置包括：

通信器，用于与外部通信；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，连接所述通信器及存储器，用于运行所述计算机程序以执行上述任意一项所述的微电网调频控制方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序；所述计算机程序运行时执行上述任意一项所述的微电网调频控制方法。

利用本发明，通过构建出的黑箱辨识模型和微电网频率响应模型，可以在无法掌握微电网内部参数信息的情况下，获取等效下垂系数，完成对微电网二次频率控制器的自适应控制。

附图说明

图1显示为本发明的微电网调频控制方法的流程示意图。

图2显示为本发明的微电网采用下垂控制时的频率响应结构框图。

图3显示为本发明的微电网黑箱模型结构框图。

图4显示为通过对照微电网频率响应黑箱辨识模型和微电网频率响应模型获取等效下垂系数的示意图。

图5显示为本发明的微电网系统的等效控制框图。

图6显示为本发明的微电网调频控制系统的框图。

图7显示为本发明的微电网调频控制方法的服务装置的框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

微电网是一种小型发配电系统，可以运行于孤岛模式或并网模式，当微电网工作于孤岛运行模式时(也即公共耦合点的智能断路器处于断开状态时)，可采用下垂控制策略来建立起微电网的电压和频率之间的关系时，由于有功负荷的投切等因素会造成微电网系统频率的偏移，需要采取二次调频控制策略对系统的频率进行恢复，为此本发明的实施例提供一种能够在无法掌握微电网内部参数信息的情况下，获取等效下垂系数，完成对微电网二次频率控制器的自适应控制的微电网调频控制方法，图1示出了本发明的微电网调频控制方法的流程示意图。

现结合图1所示流程图对微电网调频控制方法的各步骤作具体说明。

在步骤S10中，根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间传递函数关系构建微电网频率响应模型。例如可通过机理分析的方法，推导出采用下垂控制的微电网系统中的总输出有功功率指令值与系统频率之间的关系，为含有等效下垂系数K₂的第一传递函数表达式，并以该传递函数关系构建微电网频率响应模型。

在步骤S20中，据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型。例如将采集到的微电网系统的总输出有功功率数据作为黑箱辨识模型的输入，将公共耦合点采集到的微电网系统的系统频率作为黑箱辨识模型的输出，将黑箱辨识模型结构同样设定为和步骤S10中的第一传递函数表达式同阶(分子和分母的阶数相同)的第二传递函数表达式。

在步骤S20中，通过采集模块采集所述微电网的系统总输出有功功率和系统频率，所述采集模块例如可以是智能开关(也叫智能断路器)或其他能够进行系统总输出有功功率和系统频率的装置，当采集模块采用智能开关时，所述智能开关设置于微电网的公共耦合点处。

在步骤S30中，例如可利用递推阻尼最小二乘辨识算法，对所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数进行辨识，采用递推阻尼最小二乘法辨识算法，阻尼因子的引入有效的防止了辨识过程中参数爆发的现象，提高了算法的稳定性。需要说明的是，在本发明中，针对微电网结构存在随机变化的情况，所构建的黑箱辨识模型能够根据结构变化实时更新辨识参数，达到在线辨识的目的，从而实现实时控制。

在步骤S40中，利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数。例如可利用步骤S10中获取的第一传递函数表达式和第二传递函数表达式进行比对，求得等效下垂系数与辨识模型参数之间的关系，从而结合步骤S30中的辨识结果，求取等效下垂系数的数值。

在步骤S50中，根据所述等效下垂系数对调频控制器的参数进行整定。例如可以按照典型二型系统对调频控制器的参数进行整定，所述调频控制器的参数包括积分系数和比例系数。

下面将结合具体的示例来阐述本发明，在该示例中，所述调频控制器为二次调频控制器。

图2为微电网采用下垂控制时的一种频率响应结构框图，其中K₂为微电网系统的等效下垂系数，为微电网系统的延时环节，P₀为功率额定值，ΔP为功率的微变化量，G_c(s)为二次调频控制器，由积分系数和比例系数构成：

根据图2所示的频率响应结构框图，通过机理分析的方法可以得到总输出有功功率指令值P_out和系统频率f_pcc之间的关系式，为一个分母为3阶，分子为2阶，含有等效下垂系数K₂的传递函数表达式(第一传递函数表达式)：

其中，s为拉普拉斯算子(复频率)，τ为微电网系统的时间常数，k_p和k_i分别为二次调频控制器的比例系数和积分系数，并以该传递函数关系构建微电网频率响应模型(理论推导到模型)。

需要说明的是，图2所示的频率响应结构框图可根据后文将要介绍的图5所示的微电网系统的等效控制框图推导获得。

如图3所示，将微电网系统整体视为一个黑箱辨识模型，分别将实时采集到的总输出有功功率数据和公共耦合点的系统频率数据作为黑箱辨识模型的输入和输出。根据步骤S10中推导出的总输出有功功率指令值和系统频率之间的关系式，同样将黑箱辨识模型结构设定为一个分母为3阶，分子为2阶的传递函数表达式(第二传递函数表达式)：

其中，a、b、c、d、e为待辨识参数，s为拉普拉斯算子。

利用递推阻尼最小二乘辨识算法，可以根据微电网系统结构和参数的变化，实时辨识出待辨识参数值得大小。

如图4所示，将理论推导模型和黑箱辨识模型进行比对，可得到等效下垂系数与辨识模型参数之间的关系，用以确定等效下垂系数K₂的大小：

K₂＝-e

在确定等效下垂系数K₂后，可以对微电网二次调频控制器进行参数整定。

图5示出了微电网系统的一种等效控制框图，其中，K₂为微电网系统的等效下垂系数，K₃为微电网系统的输出功率特性系数，f₀为电网的频率基准值(f₀例如可取值50Hz)，f*为频率设定值，为微电网系统的延时环节，P₀为功率额定值，ΔP为功率的微变化量，G_c(s)为二次调频控制器，由积分系数和比例系数构成：

根据图5所示的控制框图，可以确定微电网系统的开环传递函数为：

由于在低压微电网系统中，满足因此根据求根公式，常数项K₂K₃几乎不会对传递函数的极点分布产生影响，微电网系统开环传递函数可以近似为以下形式：

此时可以按照典型二型系统对微电网系统进行整定。工程设计中计算典型二型系统的公式为：

τ₁＝hT

其中，h为引入的一个新变量，T为典型二型系统的时间常数，s为拉普拉斯算子，K和τ₁为典型二型系统的参数。在一般的典型二型系统中h介于3～10，但是为了综合抗扰和跟随性能指标，通常h取值为5。

因此，根据上述计算公式，可以求取计算二次调频控制器参数k_p和k_i的表达式(h＝5时)：

将已求出的等效下垂系数K₂带入上述公式，可以确定调频控制器参数k_p和k_i的大小。

当微电网结构发生改变时，通过在线辨识方法，可以获得新的辨识模型参数，用以确定等效下垂系数K₂的大小。

与上述的微电网调频控制方法相应的，如图6所示，本发明的实施例还公开一种微电网调频控制系统，所述微电网调频控制系统包括：微电网频率响应模块101，用于根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间传递函数关系构建微电网频率响应模型；黑箱辨识模块102，与所述微电网频率响应模块101连接，所述黑箱辨识模块102用于根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；参数辨识模块103，与所述黑箱辨识模块102连接，所述参数辨识模块103用于对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；等效下垂系数求取模块105，与所述参数辨识模块103连接，所述等效下垂系数求取模块105用于利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；整定模块106，与所述等效下垂系数求取模块105连接，所述整定模块106用于根据所述等效下垂系数的数值对调频控制器的参数进行整定。需要说明的是，所述微电网调频控制系统的各功能模块(微电网频率响应模块101、黑箱辨识模块102、参数辨识模块103、等效下垂系数求取模块105及整定模块106)分别用于实现上述的所述微电网调频控制方法的各步骤S10-S50，也即所述微电网调频控制系统的各功能模块(微电网频率响应模块101、黑箱辨识模块102、参数辨识模块103、等效下垂系数求取模块105及整定模块106)分别对应述的所述微电网调频控制方法的各步骤S10-S50，详情见上文相关部分描述，在此不做赘述。

如图6所示，所述等效下垂系数求取模块105还分别与所述微电网频率响应模块101和所述黑箱辨识模块102连接，用于分别获取理论推导模型(微电网频率响应模型)的第一传递函数表达式和黑箱辨识模型的第二传递函数表达式进行比对，以得到等效下垂系数与辨识模型参数之间的关系。

如图6所示，在本实施例中，所述微电网调频控制系统还包括采集模块104，所述采集模块104用于采集所述微电网的系统总输出有功功率和系统频率；所述采集模块104例如可以是智能开关(也叫智能断路器)或其他能够进行系统总输出有功功率和系统频率采集的装置。

如图7所示，本发明的实施例还公开一种服务装置，所述服务装置包括通信器12，用于与外部通信，所述通信器12既可以是无线通信器也可以是有线通信器；存储器13，用于存储计算机程序；处理器11，连接所述通信器12及存储器13，用于运行所述计算机程序以执行上述的所述的微电网调频控制方法。

需要说明的是，上述存储器12中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。所述计算机可读存储介质例如可以包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的微电网二次调频控制方法通过构建出的黑箱辨识模型和微电网频率响应模型，可以在无法掌握微电网内部参数信息的情况下，求取了等效下垂系数，进而完成了对调频控制器参数的自适应控制，克服了以往由于微电网内部信息难于获取造成的二次调频无法进行的缺陷。

相比于机理建模的方式，黑箱辨识建模无需知晓微源或者微电网内部具体的参数信息，只需要对端口数据进行采集，即可完成辨识建模，并可将黑箱辨识模型应用于二次调频控制系统中，确保控制系统结构简单便于应用。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(anembodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(inan embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种微电网调频控制方法，其特征在于，包括：

根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间的关系构建微电网频率响应模型；

根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；

对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；

利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；

根据所述等效下垂系数对调频控制器的参数进行整定。

2.根据权利要求1所述的微电网调频控制方法，其特征在于，利用递推阻尼最小二乘辨识算法，对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识。

3.根据权利要求1所述的微电网调频控制方法，其特征在于，所述微电网系统为低压微电网系统。

4.根据权利要求1所述的微电网调频控制方法，其特征在于，通过采集模块采集所述微电网系统的总输出有功功率和系统频率。

5.根据权利要求1所述的微电网调频控制方法，其特征在于，所述采集模块包括智能开关。

6.根据权利要求1所述的微电网调频控制方法，其特征在于，按照典型二型系统对调频控制器的参数进行整定。

7.根据权利要求6所述的微电网调频控制方法，其特征在于，所述调频控制器的参数包括积分系数和比例系数。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的微电网调频控制方法，其特征在于，所述对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识的步骤包括，根据所述微电网系统的结构和参数的变化，实时辨识出所述黑箱辨识模型的所述待辨识参数。

9.一种微电网调频控制系统，其特征在于，包括：

微电网频率响应模块，用于根据微电网系统的总输出有功功率与系统频率之间的关系构建微电网频率响应模型；

黑箱辨识模块，与所述微电网频率响应模块连接，所述黑箱辨识模块用于根据所述微电网频率响应模型，分别将所述微电网系统的系统总输出有功功率和系统频率作为黑箱辨识模型的输入和输出数据，构建相同阶次的所述黑箱辨识模型；

参数辨识模块，与所述黑箱辨识模块连接，所述参数辨识模块用于对所述黑箱辨识模型的待辨识参数进行辨识；

等效下垂系数求取模块，与所述参数辨识模块连接，所述等效下垂系数求取模块用于利用所述黑箱辨识模型的辨识参数求取等效下垂系数；

整定模块，与所述等效下垂系数求取模块连接，所述整定模块用于根据所述等效下垂系数的数值对调频控制器的参数进行整定。

10.一种服务装置，所述服务装置包括：

通信器，用于与外部通信；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，连接所述通信器及存储器，用于运行所述计算机程序以执行如权利要求1至8中任意一项所述的微电网调频控制方法。