CN114221355B - 基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，在初级控制层使用下垂控制策略，为局部的控制策略；基于平均一致性控制理论，采用多智能体系统结构，设计含时滞的比率一致性算法，其中包括Max‑Min一致性理论，在有限时间内分布式电源的状态渐近收敛；基于事件触发机制，在控制器设计过程中加入事件触发，并给出触发条件；更新微电网有功功率，对系统频率二次调节。系统状态在更短的有限时间内完成收敛一致，通信时延的加入提高了有功功率设定值的更新精度，对系统频率进行更为精准的二次调节；事件触发机制减少通信资源，降低DG对通信网络的依赖性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法。
背景技术
目前，微电网(microgrids，MG)作为智能电网的重要组成部分，主要是由分布式电源(Distributed Generator，DG)、储能装置、能量转换装置、负载(Loads)、监控和保护装置等集成的小型自治发配电系统，具有并网模式与孤岛模式两种运行模式。并网模式下微电网与主网相互传输电能，一旦主网发生故障，立即从公共耦合点出断开，进入孤岛模式。针对微电网不同的运行模式采用截然不同的控制方法，分层控制是目前研究微电网的主要方法。微电网的分层控制可以分为三层控制，一层控制通常采用下垂控制，虽然传统下垂控制方法可以实现电压、频率恢复与功率分配，但也会由此产生偏差，并且该偏差难以靠下垂控制进行消除。因此就需要微电网的二次控制来消除电压和频率偏差，二次控制主要包括集中式、分散式、分布式控制方法。
由于微电网受到发电方式与容量的限制，可以采用集中式控制实现微电网中央控制器(microgrid central controller,MCCU)与各电源节点之间进行信号交互，该方法具有快速调节、高响应速度等优点。然而集中式控制非常依赖于中央控制器，这就导致DG数量的增加会造成计算复杂、通信成本高等问题，一旦控制器发生故障就极有可能导致电网无法正常运行。即便分散式控制能够有效降低通信成本，但是各DG之间缺乏信息交流，很难保证各电源之间协调运行。因此，针对分散灵活的DG分布式控制能有效实现“即插即用”，该方法兼顾集中式控制与分散式控制的优势，以稀疏通信方式实现基于局部信号交互的类全局信息共享，以此完成本地控制决策的全局优化。分布式控制方法可以满足微电网运行控制的实时性、灵活性和可靠性需求。目前微电网中分布式控制策略主要是基于多智能体系统(Multi-agent System,MAS)的一致性算法，一致性算法能够实现各DG与其邻接节点相互耦合，并进行信息交互，最终实现各DG的状态一致。即便微电网中的分布式结构通过一致性算法能够实现各节点状态一致，但由于每个节点的通信能力与计算能力有限，电力资源有限等原因，系统以渐进收敛的形式实现状态一致，但无法确定状态收敛是否达到期望的误差范围，而分布式平均一致性算法能够解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，特点是：包含以下步骤：
步骤1：在初级控制层使用下垂控制策略，为局部的控制策略；
步骤2：基于平均一致性控制理论，采用多智能体系统结构，设计含时滞的比率一致性算法，其中包括Max-Min一致性理论，在有限时间内分布式电源的状态渐近收敛；
步骤3：基于事件触发机制，在控制器设计过程中加入事件触发，并给出触发条件；
步骤4：更新微电网有功功率，对系统频率二次调节。
进一步地，上述的基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其中，步骤1，下垂控制中有功功率与频率关系参考同步发电机组一次调频过程，得到交流微电网运行于孤岛模式下，处于并联状态的逆变器的有功-频率下垂控制方程：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
步骤2，所涉及的含时滞比率一致性控制结构为：
式(3)中，为参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态设为[ζi(t),ξi(t)]，假设比率μi＝ζi(t)/ξi(t)，比率μi渐进收敛至平均值，即
基于上述比率一致性算法得到比率的最大值以及最小值：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代能够在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(6)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(7)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
步骤3，设计事件触发机制，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，
分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差/>后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
步骤4，实现微电网二次调频，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率P∑，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P1'set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；用表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
由上述公式(17)得到二次频率调节为：
从而消除微电网初级控制中下垂控制作用产生的频率偏差，运用比率一致性以及最大最小值一致性实现有限时间内的迭代，使微电网频率近收敛至额定值。
进一步地，上述的基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其中，局部控制单元的初级控制层采用下垂控制方式，满足孤岛微电网的负荷需求，下垂控制包含频率下垂控制和电压下垂控制，针对频率及有功功率部分进行设计，频率下垂控制通过如下的控制规则实现：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，并且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
为满足合理分配节点处输出有功功率总和的需求，假设各节点状态为：
式(7)中，为参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态初始条件选择为如下：
根据上述比率一致性控制理论，得到如下结果：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(6)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(7)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
结合上述一致性理论，设计事件触发机制，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，/>分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差/>后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
实现微电网二次调频，根据步骤4，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率P∑，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为/>因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P1'set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；用表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
结合平移法以及可调逆变器可变设定值ΔP1set，得到各DG有功功率调节量更新为：
更新有功功率为：
由式(19)可知各节点有功功率更新后设定值之和为各节点处的有功功率输出之和为P∑，即：得到更新后有功功率的设定值为：
P′iset＝PiN+αiωiN(ωiN-ω′iout) (20)
由上述公式(20)得到二次频率调节为：
上述更新频率的控制算法未停止，在有限时间中停止迭代，减少计算负担，使上述迭代过程在有限时间内停止，采用限制算法的迭代次数的方法；
当下一时刻为t+1＝p(1+τmax)时，输出公式(10)、(11)，其中p＝1,2,...；
当下一时刻为t+1＝q(D(1+τmax)+τmax)时，令 λ＝Ξi(t+1)，有/>设置阈值ρ，当βi<ρ时，对系统状态ζi和ξi进行更新，否则就更新Θi和Ξi，直至满足阈值条件。
进一步地，上述的基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其中，整个下垂控制信号流程包括信号发生与信号接受、LC滤波、脉宽调制、PQ计算以及局部控制，每个局部控制各DG通过双向的通信链路与其邻近的DG交换状态信息，其中局部控制包括下垂、电压和电流控制；
将各DG均视为智能体，作为信号发生与接收装置，产生三相电流ili后，通过LC滤波输出滤波后初始电压voi、电流ioi，这两个信号可传输至负载以及公共耦合点处；同时对初始输入电流、电压进行PQ计算生成线性化后的有功功率Pi、无功功率Qi，这两个信号经过下垂控制后输出输入电压参考值vfi，对滤波后的初始电流以及下垂控制产生的输入电压参考值进行电压控制后输出三相电流更新值其与三相电流经由电流控制后输出调制比输入电压vgi，最后该信号通过脉宽调制后返回DG。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明基于事件触发机制的比率一致性算法，通过调整有功功率设定值实现微电网二次调频；加入Max-Min一致性算法实现控制器能够在有限时间内使得分布式电源的状态渐近一致；系统状态在更短的有限时间内完成收敛一致；通信时延的加入提高了有功功率设定值的更新精度，对系统频率进行更为精准的二次调节，保证频率更新的精确性，以及验证算法对于通信时延的鲁棒性；并且基于Lyapunov稳定性分析，验证事件触发条件有效性；事件触发机制减少通信资源，降低DG对通信网络的依赖性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的控制流程图；
图2为微电网下垂控制模块信号流程图；
图3为微电网系统的通信拓扑结构图；
图4为各个DG事件触发时间点图；
图5为Max-Min一致性控制下状态比率曲线图；
图6为DG频率设定值更新曲线图；
图7为DG输出频率曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
针对微电网中传统下垂控制产生的频率恢复偏差，本发明基于事件触发机制的比率一致性算法，通过调整有功功率设定值实现微电网二次调频。比率一致性算法若是不加以控制，就无法在有限时间内停止迭代，本发明加入Max-Min一致性算法实现控制器能够在有限时间内使得分布式电源的状态渐近一致；同时加入通信时延保证频率更新的精确性，以及验证算法对于通信时延的鲁棒性；并且基于Lyapunov稳定性分析，验证事件触发条件有效性。
基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，如图1～2所示，包含以下步骤：
步骤1：在初级控制层使用下垂控制策略，该层的控制器无需网络通信，属于局部的控制策略；
步骤2：基于平均一致性控制理论，采用多智能体系统结构，为了保证后续步骤中频率更新的精确性，设计含时滞的比率一致性算法，其中包括Max-Min一致性理论，在有限时间内分布式电源的状态渐近收敛；
步骤3：基于事件触发机制，在控制器设计过程中加入事件触发，减少系统通信次数，降低通信占比，并给出触发条件；
步骤4：更新微电网有功功率，对系统频率二次调节。
步骤1，下垂控制中有功功率与频率关系参考同步发电机组一次调频过程，得到交流微电网运行于孤岛模式下，处于并联状态的逆变器的有功-频率下垂控制方程：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
步骤2，所涉及的含时滞比率一致性控制结构为：
式(3)中，为了参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态设为[ζi(t),ξi(t)]，假设比率μi＝ζi(t)/ξi(t)，比率μi渐进收敛至平均值，即
基于上述比率一致性算法得到比率的最大值以及最小值：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代能够在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(6)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(7)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
步骤3，设计事件触发机制，避免通信资源浪费，并降低通信网络负担，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，/>分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差/>后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
步骤4，实现微电网二次调频，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率P∑，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P1'set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；用表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
由上述公式(17)得到二次频率调节为：
从而降低或消除微电网初级控制中下垂控制作用产生的频率偏差，运用比率一致性以及最大最小值一致性实现有限时间内的迭代，使微电网频率近收敛至额定值。
局部控制单元的初级控制层采用下垂控制方式，满足孤岛微电网的负荷需求，针对频率以及有功功率部分进行设计，频率下垂控制通过如下的控制规则实现：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，并且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
为满足合理分配节点处输出有功功率总和的需求，假设各节点状态为：
式(7)中，为参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态初始条件选择为如下：
根据上述比率一致性控制理论，得到如下结果：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(6)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(7)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
结合上述一致性理论，设计事件触发机制，避免通信资源浪费，并降低通信网络负担，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，/>分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
实现微电网二次调频，根据步骤4，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率P∑，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为/>因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P′1set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；用表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
结合平移法以及可调逆变器可变设定值ΔP1set，得到各DG有功功率调节量更新为：
更新有功功率为：
由式(19)可知各节点有功功率更新后设定值之和为各节点处的有功功率输出之和为P∑，即：得到更新后有功功率的设定值为：
P′iset＝PiN+αiωiN(ωiN-ω′iout) (20)
由上述公式(20)得到二次频率调节为：
上述更新频率的控制算法不会停止，在有限时间中停止迭代，减少计算负担，使上述迭代过程在有限时间内停止，采用限制算法的迭代次数的方法；
当下一时刻为t+1＝p(1+τmax)时，输出公式(10)、(11)，其中p＝1,2,...；
当下一时刻为t+1＝q(D(1+τmax)+τmax)时，令 λ＝Ξi(t+1)，有设置阈值ρ，当βi<ρ时，对系统状态ζi和ξi进行更新，否则就更新Θi和Ξi，直至满足阈值条件。
在Matlab/Simulink仿真环境中搭建孤岛微电网系统，该系统由5个分布式电源组成，其中包含5个局部负荷单元和5条电力传输线，因篇幅限制故未给出具体细节图。本实施例设置每两个分布式电源之间的权重为1/3，DG间的无向通信拓扑图如图3所示，每个DG仅和邻近的DG交换状态信息，设置该孤岛微电网的额定频率为60Hz，系统初始的能量在270kWh～210kWh之间。设ρ＝0.2，同时有最大通信时延τmax＝6，α＝1/3，将系统额定频率ωiN设为60Hz，将采样时间设置为0.1s，并且仿真时间设为5s以便观察。本实施实例中设置微电网系统中LC滤波器参数为：Rf＝0.15Ω，Lf＝1.37mH，Cf＝51μF，同时将网间输出连接器参数设为：Rc＝0.05Ω，Lc＝0.37mH。等效线路阻抗设为0.5～0.75Ω并将线路感抗设为0.37～1.5mH。
为了节约通信资源，加入事件触发机制，仿真开始时，仅采用初级下垂控制，1s以后采用本发明所提出的有限时间控制方法。图4为在1s时采用事件触发机制后1～8s各个DG的触发时间点图。不同于事件触发值为0时，即不加入事件触发机制情况下系统通信时间状况，系统任意时刻都在保持通。加入事件触发机制后，本实例中为方便区分各DG的通信时间点，设DG1的事件触发值为1，DG2的事件触发值为2，以此类推，观察实例结果可得每个DG的通信次数明显减少，极大减轻系统的通信负担。
为了验证Max-Min一致性控制算法有效性，图5表示Max-Min一致性控制算法下的比率最大值、最小值与实际状态比率的比较结果，其中各DG的状态比率随着时间变化，各个DG的最大比率、最小比率在4s左右渐近收敛且收敛值为1。由实例结果可知各DG真实比率在2s左右实现渐近收敛，同样收敛值为1，由此可得本发明提出的有限时间一致性控制方法效果显著并能够实现更短有效时间内收敛。
根据如上所述设计得到微电网频率设置值的变化曲线如图6所示，在0～1s内明显看出各DG频率设定值变化波动较大，且DG2、DG4与DG5初始频率设定值偏离理想设定值60Hz较远。经过本发明所提出的有限时间控制方法，频率设定值在1s以后明显波动性较小并且很快就实现渐近收敛，由实例结果可知，在5s时，该参数几乎实现完全一致收敛，并完全达到理想设定值60Hz。
图7示意了最终整个系统频率的输出曲线，起初在0～1s内，在下垂控制作用下，频率急剧下降至50Hz，之后在初级下垂控制作用下频率保持不变。在加入事件触发机制后，即在1s开始，频率开始急剧上升，趋于系统额定频率60Hz，并且在1～3.5s内迅速完成渐近收敛，最后在3.5s以后实现输出频率的渐近一致，收敛至额定频率60Hz。
从仿真可以看出，本发明基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，以分布式控制的方式，每个DG仅通过与邻近的DG进行信息交互，在有限时间内使得调节频率渐近一致，并且微电网输出频率也能够达到渐近一致。另外事件触发机制减少通信资源，降低了对通信网络的依赖性，同时加入了通信时延，提高了有功功率设定值的更新精度，从而对系统频率进行更精准二次调节。
综上所述，本发明系统状态在更短的有限时间内完成收敛一致，通信时延的加入提高了有功功率设定值的更新精度，对系统频率进行更为精准的二次调节；事件触发机制减少通信资源，降低DG对通信网络的依赖性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤1：在初级控制层使用下垂控制策略，为局部的控制策略；
下垂控制中有功功率与频率关系参考同步发电机组一次调频过程，得到交流微电网运行于孤岛模式下，处于并联状态的逆变器的有功-频率下垂控制方程：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
式(4)中，Ni指节点的总数；
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
步骤2：基于平均一致性控制理论，采用多智能体系统结构，设计含时滞的比率一致性算法，其中包括Max-Min一致性理论，在有限时间内分布式电源的状态渐近收敛；
所涉及的含时滞比率一致性控制结构为：
式(7)中，τij指通信延迟；为参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态设为[ζi(t),ξi(t)]，假设比率μi＝ζi(t)/ξi(t)，比率μi渐进收敛至平均值，即
基于上述比率一致性算法得到比率的最大值以及最小值：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代能够在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(10)中，τmax指最大通信延迟；σ指指定阈值；
式(6)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(7)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
步骤3：基于事件触发机制，在控制器设计过程中加入事件触发，并给出触发条件；
设计事件触发机制，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，
分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差/>后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
步骤4：更新微电网有功功率，对系统频率二次调节；
实现微电网二次调频，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率P∑，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为/>因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P′1set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
式(15)中，ωiN指额定频率；
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；Δω＝Δωi/n表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
式(17)中，ωn指调节系数；
由上述公式得到二次频率调节为：
从而消除微电网初级控制中下垂控制作用产生的频率偏差，运用比率一致性以及最大最小值一致性实现有限时间内的迭代，使微电网频率近收敛至额定值。
2.根据权利要求1所述的基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其特征在于：局部控制单元的初级控制层采用下垂控制方式，满足孤岛微电网的负荷需求，下垂控制包含频率下垂控制和电压下垂控制，针对频率及有功功率部分进行设计，频率下垂控制通过如下的控制规则实现：
ωi＝ωiset-mi(Piout-Piset) (1)
式(1)中：ωi表示第i个逆变器的频率，ωiset表示第i个逆变器处设置的频率，第i个逆变器输出功率为Piout，设定值为Piset，逆变器额定功率为PiN，mi为第i个逆变器的下垂控制系数；
当变动幅度小、周期短的随机负荷变动即第一类负荷功率变化时，微电网工作在A、B之间，输出功率按额定功率比例分摊负荷功率，满足：
用一阶离散系统表示系统状态：
ωi(t+1)＝ωi(t)+ui(t),i＝1,2,...,n (3)
式(3)中用频率ωi表示节点i的状态变量，令ui表示节点i对于频率偏差的控制状态量；因节点只与相邻节点进行通信，并且通信网络为无向图，节点与相邻节点交换节点状态信息，构造控制状态输入：
将以上系统状态写成矩阵形式为：
ω(t+1)＝Αω(t) (5)
式(5)中，权重矩阵Α＝(aij)，为非负矩阵；根据平均一致控制理论，状态转移矩阵Α满足Α1＝1，Α＝ΑT，即为双随机对称矩阵，则系统状态一致并收敛于平均值为：
为满足合理分配节点处输出有功功率总和的需求，假设各节点状态为：
式(19)中，为参与一致性，将第i个DG的局部控制器的状态初始条件选择为如下：
指第i个DG的有功功率可调量估计值；
根据上述比率一致性控制理论，得到如下结果：
为节约微电网通信资源，将Max-Min一致性控制加入控制器中，使得系统迭代在有限时间内结束，其中Max一致性控制器设计为：
式(10)中，有频率初始状态条件为Θ(0)＝[Θ1(0),Θ2(0),...,Θn(0)]T；
Min一致性控制器设计为：
式(11)中，频率初始状态条件为Ξ(0)＝[Ξ1(0),Ξ2(0),...,Ξn(0)]T；
结合上述一致性理论，设计事件触发机制，将系统状态输入更新为：
式(12)中其中表示最后一次测量的时刻，/>分别表示为节点及其对邻居节点信息的最后一次测量估计值；定义出状态误差/>后更新系统状态为：
根据Lyapunov理论给出事件触发条件：
实现微电网二次调频，根据步骤4，通过利用一致性理论更新有功功率从而对频率进行调节；假设系统总输出有功功率PΣ，频率ωi超过区间[ωmin,ωmax]时，假设第一台逆变器为可调逆变器，因而有功功率设定值Piset在可调范围中内变动，输出功率范围为因逆变器需满足功率平衡，根据下垂控制的P-f特性，其额定功率为有功功率设定值可调量ΔPiset也存在上下限，即/>其中而可逆变器需调整输入有功功率设定值P1set至P′1set，使频率工作在频率设定值ωset，得到：
而有功功率的可调量的估计值为同时下垂控制系数mi简化为：
式(16)中，εi表示DG的阻尼系数，Ri表示DG的速度下降特性斜率，同样频率也有设定值区间为
并且有
其中为逆变器采用平移法后得到的节点处最大输出有功功率；用Δω＝Δωi/n表示频率偏差平均值，Δωi＝ωiset-ωi表示频率偏差，ωiN表示额定频率；则可调逆变器有功功率可变设定值ΔP1set为：
结合平移法以及可调逆变器可变设定值ΔP1set，得到各DG有功功率调节量更新为：
更新有功功率为：
由式(23)可知各节点有功功率更新后设定值之和为各节点处的有功功率输出之和为P∑，即：得到更新后有功功率的设定值为：
P′iset＝PiN+αiωiN(ωiN-ω′iout) (24)
由公式(17)得到二次频率调节为：
上述更新频率的控制算法未停止，在有限时间中停止迭代，减少计算负担，使上述迭代过程在有限时间内停止，采用限制算法的迭代次数的方法；
当下一时刻为t+1＝p(1+τmax)时，输出公式(10)、(11)，其中p＝1,2,...；
当下一时刻为t+1＝q(D(1+τmax)+τmax)时，令λ＝Ξi(t+1)，有/>设置阈值ρ，当βi＜ρ时，对系统状态ζi和ξi进行更新，否则就更新Θi和Ξi，直至满足阈值条件；p、q指推进迭代的参数。
3.根据权利要求1所述的基于事件触发机制的微电网有限时间二次调频控制方法，其特征在于：整个下垂控制信号流程包括信号发生与信号接受、LC滤波、脉宽调制、PQ计算以及局部控制，每个局部控制各DG通过双向的通信链路与其邻近的DG交换状态信息，其中局部控制包括下垂、电压和电流控制；
将各DG均视为智能体，作为信号发生与接收装置，产生三相电流ili后，通过LC滤波输出滤波后初始电压voi、电流ioi，这两个信号可传输至负载以及公共耦合点处；同时对初始输入电流、电压进行PQ计算生成线性化后的有功功率Pi、无功功率Qi，这两个信号经过下垂控制后输出输入电压参考值vfi，对滤波后的初始电流以及下垂控制产生的输入电压参考值进行电压控制后输出三相电流更新值其与三相电流经由电流控制后输出调制比输入电压vgi，最后该信号通过脉宽调制后返回DG。
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