CN113937772B - 一种用于控制分布式微网并网运行的方法及系统 - Google Patents

一种用于控制分布式微网并网运行的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制分布式微网并网运行的方法及系统，包括，通过设计模块设计滤波器和微网等效电路，利用滤波器抑制微网谐波；利用连接模块将储能器接入微网等效电路，并通过计算模块计算微网的交流动态响应值；根据逆变器特性和微网的交流动态响应值，通过控制模块建立微网并网运行目标函数；通过寻优模块计算微网并网运行目标函数，获得控制模块的最优控制参数；本发明通过设计滤波器，有效地抑制微网产生的谐波；通过设定目标函数，同时结合遗传算法，实现了对微网并行的稳定、快速控制。

Description

一种用于控制分布式微网并网运行的方法及系统
技术领域
本发明涉及微网系统控制的技术领域，尤其涉及一种用于控制分布式微网并网运行的方法及系统。
背景技术
微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。
在微网中，常采用双环控制系统进行控制，在双环控制系统中，外环控制器主要用于体现不同的控制目的，同时产生内环参考信号，一般动态响应较慢。内环控制器主要进行精细的调节，用于提高逆变器输出的电能质量，一般动态响应较快；当并网要求并不是非常高时，单独使用外环对逆变器进行控制，但此时并网的电能质量和控制速度并不是非常理想。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种用于控制分布式微网并网运行的方法，能够解决对微网并行模式下难以控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，通过设计模块设计滤波器和微网等效电路，利用所述滤波器抑制微网谐波；利用连接模将储能器接入所述微网等效电路，并通过计算模块计算微网的交流动态响应值；根据逆变器特性和所述微网的交流动态响应值，通过控制模块建立微网并网运行目标函数；通过寻优模块计算微网并网运行目标函数，获得控制模块的最优控制参数。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：包括，所述滤波器包括，归一化高通滤波器；设置高通滤波器的单位增益，计算负载电阻；根据截止频率选取电容。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述归一化高通滤波器包括，归一化后高通滤波器的传输函数为：
其中，H为输出信号，s为输入信号，α、β为滤波特征系数，w0为截止频率，q为品质因数。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述微网等效电路包括逆变器、配电网、电阻、风力发电机、分布式电源和电感；所述分布式电源、电阻、电感与所述逆变器并联连接，所述风力发电机通过公共连接点与所述逆变器、配电网连接。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述储能器包括三相半波逆变电路、数模变换器；所述三相半波逆变电路与所述数模变换器并联连接，所述三相半波逆变电路包括逆变器，逆变器的输出端与三相半波逆变电路中的直流母线中点相连，形成中线，所述中线上设有稳压二极管。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述交流动态响应值包括，
其中，S为所述交流动态响应值；L为电感；iA、iB、iC为微网的三相电流；uA、uB、uC为微网的三相电压；R0为逆变器内阻；kA、kB、kC为微网控制参数；R为总负载电阻，R＝R1+R2，R1、R2为所述负载电阻。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述微网并网运行目标函数包括，
其中，t为某一运行时刻，M为总运行时间，t0为运行起始时刻，ΔP(t)为有功功率的控制误差，ΔQ(t)为无功功率的控制误差，ΔV(t)为电压幅值偏差，Δfreq(t)为频率赋值偏差，T为转置符号。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的一种优选方案，其中：所述寻优模块包括，初始化微网控制参数，将初始化后的微网控制参数作为种群W；计算种群W个体的适应度值，并求解此时的最优解μ；若转换概率p>rand，则全局更新种群W个体，并计算此时的最优解ε；否则，则求解此时的最优解γ，并与最优解μ比较，以更新所述最优解μ；设置最大迭代次数G，若迭代次数达到最大迭代次数时，输出最优解；其中，rand为(0，1)的随机数。
作为本发明所述的用于控制分布式微网并网运行的系统的一种优选方案，其中：包括，设计模块，用于设计滤波器和微网等效电路；连接模块，与所述设计模块连接，其用于将储能器连接至所述微网等效电路；计算模块，与所述连接模块连接，其用于计算微网的交流动态响应值；控制模块，与所述计算模块连接，其根据逆变器特性和所述微网的交流动态响应值，建立微网并网运行目标函数；寻优模块，与所述控制模块连接，其用于计算微网并网运行目标函数，获得控制模块的最优控制参数。
本发明的有益效果：本发明通过设计滤波器，有效地抑制微网产生的谐波；通过设定目标函数，同时结合遗传算法，实现了对微网并行的稳定、快速控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的微网等效电路连接示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的分布式电源的有功功率变化曲线示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的分布式电源的无功功率变化曲线示意图；
图4为本发明第一个实施例所述的用于控制分布式微网并网运行的方法的分布式电源的电流输出波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种用于控制分布式微网并网运行的方法，包括：
S1：通过设计模块100设计滤波器和微网等效电路，利用滤波器抑制微网谐波。
(1)设计滤波器
为了降低并网电流的谐波含量，本实施例通过设计滤波器抑制谐波，具体的设计步骤如下：
①归一化高通滤波器；
归一化后高通滤波器的传输函数为：
其中，H为输出信号，s为输入信号，α、β为滤波特征系数，w0为截止频率，q为品质因数，L为滤波器电感值，r为阻尼电阻，C为电容。
②设置高通滤波器的单位增益，计算负载电阻；
为了提高滤波器稳定性，设置高通滤波器的单位增益k为1；
负载电阻为：
③根据截止频率选取电容。
(2)设计微网等效电路
参照图1，微网等效电路包括逆变器C、配电网Net、电阻R、风力发电机P、分布式电源V和电感L；
分布式电源、电阻、电感与逆变器并联连接，风力发电机通过公共连接点与逆变器、配电网连接。
S2：利用连接模块200将储能器接入微网等效电路，并通过计算模块300计算微网的交流动态响应值。
(1)储能器包括三相半波逆变电路、数模变换器；三相半波逆变电路与数模变换器并联连接，三相半波逆变电路包括逆变器，逆变器的输出端与三相半波逆变电路中的直流母线中点相连，形成中线，中线上设有稳压二极管，以稳定线路电压。
(2)计算交流动态响应值
其中，S为交流动态响应值；L为电感；iA、iB、iC为微网的三相电流；uA、uB、uC为微网的三相电压；R0为逆变器内阻；kA、kB、kC为微网控制参数；R为总负载电阻，R＝R1+R2，R1、R2为负载电阻。
S3：根据逆变器特性和微网的交流动态响应值，通过控制模块400建立微网并网运行目标函数。
当微网在并网运行的模式下，建立微网并网运行目标函数：
其中，t为某一运行时刻，M为总运行时间，t0为运行起始时刻，ΔP(t)为有功功率的控制误差，ΔQ(t)为无功功率的控制误差，ΔV(t)为电压幅值偏差，Δfreq(t)为频率赋值偏差，T为转置符号。
S4：通过寻优模块500计算微网并网运行目标函数，获得控制模块400的最优控制参数。
(1)初始化微网控制参数，将初始化后的微网控制参数作为种群W；
将微网控制参数kA、kB、kC置为0。
(2)计算种群W个体的适应度值，并求解此时的最优解μ；
(3)若转换概率p>rand，则全局更新种群W个体，并计算此时的最优解ε；否则，则求解此时的最优解γ，并与最优解μ比较，以更新最优解μ；
其中，fmax,t为t代的最大适应度值，fmin,t为t代的最小适应度值，为当前个体的适应度值，G为最大迭代次数，t为当前迭代次数；rand为(0，1)的随机数，取0.7。
采用FPA变异策略全局更新种群W个体：
vi,t＝xr1,t+δ(xr2,t+xr2,t)
其中，xrn,t为第t代种群中的第n个个体，δ为缩放因子，取0.5；vi,t为更新后的第t代种群的个体i。
(4)设置最大迭代次数G，若迭代次数达到最大迭代次数时，输出最优解。
设置最大迭代次数G为2000。
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例将对微网并行运行时分布式电源的功率变化情况进行仿真实验，以验证本方法所具有的真实效果；仿真结果如图2～4所示；
由图2～图3可见，采用本方法进行控制后，分布式电源的有功功率和无功功率能快速达到平衡，进入稳态；由图4可见，本方法的动态响应速度较快。
实施例2
本实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种用于控制分布式微网并网运行的系统，包括，
设计模块100，用于设计滤波器和微网等效电路；通过滤波器抑制微网中的谐波。
连接模块200，与设计模块100连接，其用于将储能器连接至微网等效电路；
计算模块300，与连接模块200连接，其用于计算微网的交流动态响应值；
控制模块400，与计算模块300连接，其根据逆变器特性和微网的交流动态响应值，建立微网并网运行目标函数，对微网并行进行控制。
寻优模块500，与控制模块400连接，其用于计算微网并网运行目标函数，获得控制模块400的最优控制参数。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于控制分布式微网并网运行的方法，其特征在于：包括，
通过设计模块(100)设计滤波器和微网等效电路，利用所述滤波器抑制微网谐波；
利用连接模块(200)将储能器接入所述微网等效电路，并通过计算模块(300)计算微网的交流动态响应值；
根据逆变器特性和所述微网的交流动态响应值，通过控制模块(400)建立微网并网运行目标函数；
通过寻优模块(500)计算微网并网运行目标函数，获得控制模块(400)的最优控制参数；
所述交流动态响应值包括，
设置高通滤波器的单位增益k为1；
负载电阻为：
根据截止频率选取电容C：
其中，S为所述交流动态响应值，w0为截止频率，L为电感，iA、iB、iC为微网的三相电流，uA、uB、uC为微网的三相电压，R0为逆变器内阻，kA、kB、kC为微网控制参数，R为总负载电阻，R＝R1+R2，R1、R2为负载电阻；
所述微网并网运行目标函数f包括，
其中，运行时刻t，运行起始时刻t0，M为总运行时间，ΔP(t)为有功功率的控制误差，ΔQ(t)为无功功率的控制误差，ΔV(t)为电压幅值偏差，Δfreq(t)为频率赋值偏差，T为转置符号；
所述寻优模块(500)包括，
初始化微网控制参数，将初始化后的微网控制参数作为种群W；
计算种群W个体的适应度值，并求解此时的最优解μ；
若转换概率p>rand，则全局更新种群W个体，并计算此时的最优解ε；否则，则求解此时的最优解γ，并与最优解μ比较，以更新所述最优解μ；
所述转换概率p包括：
其中，p(t)为转换概率函数，pmax为最大转换概率，pmin为最小转换概率，fmax,t为运行时刻t下的最大适应度值，fmin,t为运行时刻t下的最小适应度值，fi,t为当前个体的适应度值，G为最大迭代次数，rand为(0，1)的随机数取0.7；
所述全局更新种群W个体：
vi,t＝xr1,t+δ(xr2,t+xr2,t)
其中，xrn,t为运行时刻t下的种群中的第n个个体，其中n取1，2....i，δ为缩放因子，取0.5；vi,t为运行时刻t下更新后的种群个体i；
若迭代次数达到最大迭代次数时，输出最优解；
所述微网等效电路包括逆变器、配电网、电阻、风力发电机、分布式电源和电感；
所述分布式电源、电阻、电感与所述逆变器并联连接，所述风力发电机通过公共连接点与所述逆变器、配电网连接；
所述储能器包括三相半波逆变电路、数模变换器；
所述三相半波逆变电路与所述数模变换器并联连接，所述三相半波逆变电路包括逆变器，逆变器的输出端与三相半波逆变电路中的直流母线中点相连，形成中线，所述中线上设有稳压二极管。
2.如权利要求1所述的用于控制分布式微网并网运行的方法，其特征在于：包括，所述滤波器包括，
归一化高通滤波器；
设置高通滤波器的单位增益，计算负载电阻；
根据截止频率选取电容。
3.如权利要求2所述的用于控制分布式微网并网运行的方法，其特征在于：所述归一化高通滤波器包括，
归一化后高通滤波器的传输函数为：
其中，H(s)为输出信号，s为输入信号，α、β为滤波特征系数，q为品质因数。
4.一种采用如权利要求1～3任一项所述的一种用于控制分布式微网并网运行的方法的系统，其特征在于：包括，
设计模块(100)，用于设计滤波器和微网等效电路；
连接模块(200)，与所述设计模块(100)连接，其用于将储能器连接至所述微网等效电路；
计算模块(300)，与所述连接模块(200)连接，其用于计算微网的交流动态响应值；
控制模块(400)，与所述计算模块(300)连接，其根据逆变器特性和所述微网的交流动态响应值，建立微网并网运行目标函数；
寻优模块(500)，与所述控制模块(400)连接，其用于计算微网并网运行目标函数，获得控制模块(400)的最优控制参数。
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