[發明專利]一種基于分布式二層控制的孤島式交流微電網頻率恢復及功率最優分配方法

有效

• 申請號: 202011487721.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112671034B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 郭方洪;李赫;董輝;張文安;周丹
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于分布式二層控制的孤島式交流微電網頻率恢復及功率最優分配方法，對微電網系統進行建模，獲得系統動態方程；確定控制目標；并構建分布式控制器；最后通過對系統穩態情況進行分析，實現頻率恢復以及有功功率按需分配。本發明的方法考慮了交流微網中由底層下垂導致的頻率偏差問題，所提出的分布式二層控制器不僅能實現頻率恢復，而且能讓有功功率按需分配，使得微網系統經濟效益進一步的提高。

技術領域

本發明屬于微電網控制領域，具體涉及一類基于分布式二層控制的孤島式交流微電網頻率恢復及功率最優分配方法。

背景技術

隨著新型能源包括可再生能源(renewable energy source,RES)、風能(windsource，WS)和光伏(photovoltaic,PV)等快速發展以及對用電可靠性的提高，以高效、低碳的分布式電源(distributed generation，DG)為基礎，結合儲能單元、負荷和相關控制裝置的微電網(Microgrid，MG)得到越來越多的關注。傳統電力系統中的化石燃料熱發電機不同，微電網系統中的DG一般由清潔能源進行供電，這些分布式能源通常會產生間歇性功率波動，并且發電能力也較弱。因此，這就導致微電網系統的控制會比常規電力系統控制更具挑戰。

微電網工作模式主要有兩種：既可以與大電網并聯運行，也可以在電網故障下進行孤島運行，獨立為本地負載供電，具有較高的供電安全性和可靠性。當前，受傳統電力系統控制的啟發，孤島式微電網主要采用分層控制結構：底層分散式下垂控制實現功率分配問題，二層控制旨在消除由底層下垂控制導致的電壓和頻率偏差問題，第三層控制則是經濟調度以及優化問題。而對于二層控制中，主要有三種類型的控制策略：集中式、分散式以及分布式。集中式控制采用一個集成控制器來控制整個網絡；分散式控制則采用了許多子控制器對每個DG進行控制，子控制器之間不存在信息的交互；分布式控制則使用子控制器及其鄰居的信息進行控制，具有較高的靈活性和可靠性。

近年來，微電網控制系統與物聯網、互聯網呈現高度融合的趨勢，而微電網的分布式控制也變得越來越多樣化，但對于大多數的分布式二層控制而言，雖然考慮了頻率及電壓的恢復，但所涉及的功率分配問題卻并未做過多的研究。在傳統微網分布式控制中，有功功率的分配比都是由下垂增益來確定的，而這些下垂增益通常是根據DG的額定功率進行選取的，在實際微網系統中，這個比值并不能達到最佳的經濟效益。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了一種基于分布式二層控制的孤島式交流微電網頻率恢復及功率最優分配方法，該方法不僅能解決下垂功能導致的頻率偏離問題，使頻率同步跟蹤至基準值，還能實現微電網系統的輸出有功功率按任意比例進行分配。

本發明為解決上述技術問題提供了如下解決方案：

一種基于分布式二層控制的孤島式交流微電網頻率恢復及功率最優分配方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1)，建立交流微電網系統模型

基于下垂控制策略，獲得交流微電網輸出頻率表達式如式(1)所示：

其中τ_P為濾波時間常數，ω為輸出頻率，ω^d為頻率設定值，k_P為下垂系數，P為輸出有功功率，P^d為輸出有功功率設定值；

步驟2)，當微電網運行在孤島模式時，采集當前系統的運行數據，確定控制目標，過程如下：

2.1)首先，為解決下垂功能導致的頻率偏差，實現頻率跟蹤目標，定義頻率鄰域跟蹤誤差定義為式(2)所示：

其中ω_i為第i個DG的輸出頻率，ω_j為第j個DG的輸出頻率，ω^ref為基準頻率，為第i個DG的頻率固定增益系數；