CN111211567A - 基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法 - Google Patents

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CN111211567A
CN111211567A CN202010104624.3A CN202010104624A CN111211567A CN 111211567 A CN111211567 A CN 111211567A CN 202010104624 A CN202010104624 A CN 202010104624A CN 111211567 A CN111211567 A CN 111211567A
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赵国伟
丁孝华
岳东
李延满
刘澄
张晓燕
杨保东
黄堃
李哲
金雪
白洁
杨文�
曾怡
张翔
谢耀民
胡昌龙
朱冀
窦春霞
张腾飞
翁盛煊
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Datong Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
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Nanjing University of Posts and Telecommunications
Nari Technology Co Ltd
NARI Nanjing Control System Co Ltd
Datong Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks

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Abstract

本发明公开了一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，该方法针对含多逆变器的孤岛微电网最优频率调节中通信网络压力过大的问题，通过设计事件触发机制，孤岛微网中的各逆变器根据系统状态向其邻居非等周期地离散地发送自身信息；然后在事件触发机制的基础上构建针对逆变器的分布式最优频率调节方法，实现离散信息传输下的孤岛微电网频率稳定及有功功率输出经济性。本发明所述方法基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法能够在保证控制任务完成的基础上，实现信息的按需发送，降低通信网络压力，节省通信资源。

Description

基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法
技术领域
本发明属于电力系统控制技术，特别是一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法。
背景技术
大规模分布式可再生能源的整合导致了微电网的引入，使得电力系统面临翻天覆地的变化。微电网是由分布式发电、存储设备和负载组成的局部电力系统，发电设备通过逆变器接入微电网。当微电网在孤岛模式下运行时，其核心控制问题之一是通过设计各逆变器的频率调节算法，在系统发生负荷波动时使频率保持在可接受的水平。此外，为了经济有效地协调逆变器的运行，同时存在着降低发电成本的要求。在实际的微电网中，通常会综合考虑频率恢复和发电经济性，从而产生最优频率调节问题。
微电网的最优频率调节历来有研究，可以分为集中式调节和分布式调节。研究表明集中式调节的实现需要收集微电网中所有逆变器的信息，因此不适用于含有分布广、数量大的分布式发电的实际微电网。与集中式调节不同，分布式最优频率调节的实现只需要局部的信息传输，具有更强的可扩展性、鲁棒性和经济性。
然而，现有的分布式最优频率调节方法要求每个逆变器通过通信网络连续传输自己的信息，由于信息在实际的通信网络中是离散传输的，现有的基于连续信息传输的分布式最优频率调节方法是不适宜的。虽然基于连续传输的调节方法可以按照周期采样方案进行离散化实现，但通常固定的采样周期按照最坏的情况来选择，这可能导致不必要的信息传输，浪费通信资源。
发明内容
发明目的：针对含多逆变器的孤岛微电网最优频率调节中通信网络压力过大的问题，本发明的目的是提供了一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法。
技术方案：一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，包括如下步骤：
(1)系统参数设置：孤岛微电网逆变器个数为n，额定频率为ωd，；第i个逆变器的有功功率输出成本因素为ri；其中，i＝1,2,...,n；
(2)描述孤岛微电网通信网络拓扑：设置通信连接系数cij，若第i个逆变器可以直接通过通信网络向第j个逆变器发送其自己的信息，则设置cij＝1；反之，设置cij＝0；约定cii＝0；其中，j＝1,2,...,n；
(3)构造事件触发机制：设第i个逆变器的触发时序为
Figure BDA0002388117970000021
对于
Figure BDA0002388117970000022
第i个逆变器的事件触发条件如下所示
Figure BDA0002388117970000023
其中，
Figure BDA0002388117970000024
是第j个逆变器在时间t之前的最新触发时间，αi∈(0,1)为常数，βi为正常数，
Figure BDA0002388117970000025
表示所有能与第i个逆变器通信的逆变器数量，φi(t)为第i个逆变器在t时刻的分布式最优频率控制策略调节量。对某一时刻
Figure BDA0002388117970000026
若上述触发条件满足，则第i个逆变器标记t为
Figure BDA0002388117970000027
更新数据并通过通信网络将数据
Figure BDA0002388117970000028
传输给孤岛微电网中能与第i个逆变器进行通信的其它逆变器。
(4)当
Figure BDA0002388117970000029
构造如下形式的针对第i个逆变器的基于事件触发的分布式最优频率调节策略
Figure BDA00023881179700000210
Figure BDA00023881179700000211
Figure BDA00023881179700000212
其中，ωi(t)表示第i个逆变器在t时刻的频率。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著技术效果：
(1)本发明针对孤岛微电网中的多个基于下垂控制逆变器，提出了一种基于事件触发机制的分布式最优频率调节方法，使得微电网在经过扰动之后能够重新将频率恢复至额定值附近的允许范围内，同时保证电网运行的经济效益。此外，由于将事件触发机制引入到分布式最优频率调节算法的构建中，各逆变器能够将自身的数据以离散的形式按“需”发送至微电网中能够与其进行通信的其他逆变器，因此可以显著减轻通信负担。在有限通信资源条件下，本发明能够有效的避免通信资源的浪费；
(2)本发明中所提出的基于事件触发机制的分布式最优频率调节方法能够有效避免Zeno现象，每个逆变器在任何一个有限的时间间隔内都不能产生无限的触发次数，使得所构造的调节算法对于实际的微电网是合理的、现实的；
(3)本发明中所设计的事件触发机制及基于此机制的分布式最优频率调节策略的执行均仅需利用逆变器及微电网中能够与本逆变器进行信息交互的其他逆变器的信息，整体设计架构采用分布式控制模式，具有更强的可扩展性、鲁棒性和经济性，适用于含有分布广、数量大的分布式发电的实际微电网。
附图说明
图1是测试微电网系统示意图；
图2是各逆变器的频率响应变化图；
图3是各逆变器的的有功功率控制输入变化图；
图4是各逆变器的触发时间示意图。
具体实施方式
为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合说明书附图及具体实施例做进一步的阐述。
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，将事件触发机制引入到孤立微电网中多下垂控制逆变器分布式最优频率调节的构建中。在微电网发生负荷波动时，本方法能在恢复微电网的频率的同时保持微电网的发电经济效益。在保证上述任务有效完成的基础上，实现各逆变器间信息的按“需”传输，降低通信网络压力，节省通信资源，保障孤岛微电网安全稳定经济运行。
本实例考虑一个包含4个逆变器的测试微电网，其系统示意图如图1所示，其中虚线箭头线表示通信网络连接。本发明所设计方法具体实现步骤如下：
1、系统参数设置：给定分布式能源逆变器的个数n＝4，额定频率ωd＝50Hz，4个逆变器的有功功率输出成本因素分别为r1＝1，r2＝1.5，r3＝2，r4＝2.5；
2、设置微电网初始状态为稳态，t＜3s时微网负荷总有功功率需求为5.5kW，无功功率需求为2kVar，t＝3s时微网负荷有功功率需求增加至8.5kW，无功功率需求增加至5kVar；在t＝13s时微网负荷的有功及无功功率需求分别恢复至5.5kW与2kVar；
3、描述孤岛微电网通信网络拓扑：设置一个通信连接系数cij，若第i个逆变器可以直接通过通信网络向逆变器j发送其自己的信息，则设置cij＝1；反之，设置cij＝0，同时，约定cii＝0，如表1所示：
表1
i\j 1 2 3 4
1 \ 1 0 1
2 1 \ 1 0
3 0 1 \ 1
4 1 0 1 \
4、构造事件触发机制：设第i个逆变器的触发时序为
Figure BDA0002388117970000041
对于
Figure BDA0002388117970000042
第i个逆变器的事件触发条件如下所示
Figure BDA0002388117970000043
其中，αi＝0.8，βi＝0.001，
Figure BDA0002388117970000044
是第j个逆变器在时间t之前的最新触发时间，
Figure BDA0002388117970000045
表示所有能与第i个逆变器通信的逆变器数量，φi(t)为第i个逆变器在t时刻的分布式最优频率控制策略调节量。对某一时刻
Figure BDA0002388117970000046
若上述触发条件满足，则第i个逆变器标记t为
Figure BDA0002388117970000047
更新数据并通过通信网络将数据
Figure BDA0002388117970000048
传输给孤岛微电网中能与第i个逆变器进行通信的其它逆变器。
5、当
Figure BDA0002388117970000049
构造如下形式的针对第i个逆变器的基于事件触发的分布式最优频率调节策略
Figure BDA00023881179700000410
Figure BDA00023881179700000411
Figure BDA00023881179700000412
其中，ωi(t)表示第i个逆变器在t时刻的频率；其最优性体现于在完成频率稳定的基础上实现发电成本的最优化。
为了验证本发明的有效性，进行了仿真实验。
图2和图3分别反映了在基于事件触发机制的分布式最优频率调节策略下的各逆变器频率响应和有功功率控制输入的变化，其中，横轴表示时间，纵轴和分别表示频率和有功功率控制输入，可以看出频率在稳态的一个小邻域内发生变化，所有逆变器的频率收敛到额定值50Hz(i.e.314rad/s)的允许范围内，有功功率控制输入收敛于满足最优经济型的值，由此表明，本发明所设计方法可以达到最优的频率调节目的。图4显示了四个逆变器的触发时间，其中横轴表示时间，纵轴表示逆变器的编号，图中不相等的触发周期显示了事件触发机制的按“需”传输特性，减少了通信网络压力，节省了通信资源。

Claims (4)

1.一种基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，用于孤岛微电网多逆变器分布式最优频率调节，其特征在于，包括如下步骤：
(1)系统参数设置：孤岛微电网逆变器个数为n，额定频率为ωd，第i个逆变器的有功功率输出成本因素为ri；其中，i＝1,2,...,n；
(2)根据孤岛微电网通信网络拓扑设置通信连接系数cij；
(3)构造事件触发机制，设第i个逆变器的触发时序为
Figure FDA0002388117960000011
对某一时刻
Figure FDA0002388117960000012
若触发条件满足，则第i个逆变器标记t为
Figure FDA0002388117960000013
更新数据并通过通信网络将自身的分布式最优频率控制策略调节量
Figure FDA0002388117960000014
传输给孤岛微电网中能与第i个逆变器进行通信的其它逆变器；
(4)当
Figure FDA0002388117960000015
构造针对第i个逆变器的基于事件触发的分布式最优频率调节策略
Figure FDA0002388117960000016
所述最优性表现为完成频率稳定的基础上实现发电成本的最优化。
2.根据权利要求1所述的基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，其特征在于，步骤(2)中通信连接系数cij的设置方法为：若第i个逆变器可以直接通过通信网络向第j个逆变器发送其自己的信息，则设置cij＝1；反之，设置cij＝0；约定cii＝0；其中，j＝1,2,...,n。
3.根据权利要求1所述的基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，其特征在于，步骤(3)中事件触发条件的设置方法为：对于
Figure FDA0002388117960000017
第i个逆变器的事件触发条件如下所示：
Figure FDA0002388117960000018
其中，
Figure FDA0002388117960000019
是第j个逆变器在时间t之前的最新触发时间，αi∈(0,1)为常数，βi为正常数，
Figure FDA00023881179600000110
表示所有能与第i个逆变器通信的逆变器数量，φi(t)为第i个逆变器在t时刻的分布式最优频率控制策略调节量。
4.根据权利要求1所述的基于事件触发机制的孤岛微电网分布式最优频率调节方法，其特征在于，步骤(4)中针对第i个逆变器的基于事件触发的分布式最优频率调节策略
Figure FDA0002388117960000021
的设置方法为：
Figure FDA0002388117960000022
Figure FDA0002388117960000023
其中，ωi(t)表示第i个逆变器在t时刻的频率。
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