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基于通信约束和时变负荷的孤岛电网分布式经济协调方法

阅读:102发布:2021-07-31

专利汇可以提供基于通信约束和时变负荷的孤岛电网分布式经济协调方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于通信约束和时变负荷的 孤岛 微 电网 分布式经济协调方法,属于微电网经济运行控制领域。本方法包括步骤:S1:事件触发和时间触发;并将此次事件触发和时间触发时刻DG单元的有功功率输出值作为局部负荷估计值S2:在每次事件触发或时间触发时刻,赋予初始值,经济协调 控制器 采用分布式 迭代 算法 计算最优有功功率参考Pi*;S4:将经济协调控制器计算的最优有功功率参考值Pi*实时传递给功率控制器,更新额定有功功率设定值Pni。本发明有利于减少通信量和计算量,提升系统效率;采用事件触发和时间触发的双触发机制,系统能以分布式的方式快速且准确的 跟踪 并估计出包括传输损耗的总负荷,而不需要负荷和损耗的先验知识。,下面是基于通信约束和时变负荷的孤岛电网分布式经济协调方法专利的具体信息内容。

1.基于通信约束和时变负荷的孤岛电网分布式经济协调方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
S1:事件触发:若第i个分布式发电DG单元的实际输出频率ωi与系统额定频率ω*的偏差的绝对值大于某一个阈值σ,则经济协调控制器利用通信收发器和分布式稀疏通信链路,通过广播方式告知其余经济协调控制器进行以下动作;
时间触发:每个经济协调控制器利用计时器同时开始计时,若计时周期T到达,将计时器置零并重新开始;
将此次事件触发和时间触发时刻DG单元的有功功率输出值作为局部负荷估计值S2:在每次事件触发或时间触发时刻,基于局部负荷估计值 经济协调控制器中的参数Pi*、ΔPi和λi赋初值为:
S3:基于S2中的初始值,经济协调控制器采用分布式迭代算法计算最优有功功率参考Pi*,具体算法为:
其中,k表示计算迭代次数,λi和λj分别表示第i个和第j个DG单元的增量成本估计值,表示第i个DG单元能收到信息的通信邻居集合,ai表示加权系数,εi表示反馈系数,ΔPi和ΔPj分别表示第i个和第j个DG单元的局部供需平衡偏差估计值,Pi*表示第i个DG单元估计的最优有功功率参考值,Pimax和Pimin分别表示第i个DG单元的最大和最小有功功率输出限制,αi和βi是第i个DG单元的二次成本函数的系数, 和 分别表示第i个DG单元的最大和最小增量成本,其计算分别是 和 bi和bj表示加权系数;
其中,为克服通信数据丢包和通信拓扑时变的影响,加权系数和反馈系数计算式为:
其中, 表示在第k次通信时,第i个DG单元收到邻居信息的邻居个数, 表示在第k次通信时,第i个DG单元给邻居发送信息的邻居个数,ci(k)取值在区间 内;
S4:将经济协调控制器计算的最优有功功率参考值Pi*实时传递给功率控制器,更新额定有功功率设定值Pni。
2.如权利要求1所述的基于通信约束和时变负荷的孤岛微电网分布式经济协调方法,其特征在于:所述DG单元配备局部控制器和通信收发器,通信收发器通过分布式稀疏通信链路与相邻DG单元交换信息,局部控制器根据上级控制和下级控制产生DG单元的控制信号
所述下级控制包括功率控制器、电压控制器和电流控制器,下级控制根据上级控制产生的参考信号和电压电流传感器采集的信息产生DG单元的控制信号
功率控制器的下垂控制为:
式中,ωri和Vri分别表示第i个DG单元通过下垂控制产生的输出频率和输出电压参考* *
值,ω 和V分别表示微电网系统的额定频率和额定电压, 和 分别表示第i个DG单元的频率下垂系数和电压下垂系数,Pi和Qi分别表示第i个DG单元输出的有功功率和无功功率,Pni和Qni分别表示第i个DG单元的额定有功功率和额定无功功率设定值;
上级控制包括经济协调控制器,上级控制根据自身信息和通信邻居的信息,采用事件触发和时间触发的双触发机制实时跟踪并估计时变负荷,并进行分布式经济调度,产生额定有功功率设定值。

说明书全文

基于通信约束和时变负荷的孤岛电网分布式经济协调方法

技术领域

[0001] 本发明属于微电网经济运行控制领域,涉及基于通信约束和时变负荷的孤岛微电网分布式经济协调方法。

背景技术

[0002] 由于传统集中式供电弊端的日益突出,以及能源危机和环境保护的压,使得以可再生能源为原动力的分布式发电受到越来越多的关注。微电网整合分布式发电、局部负荷、储能装置等形成小型电力系统,是发挥分布式发电效益的有效途径。微电网既可以和大电网并网运行,也可以独自孤岛运行。孤岛运行的微电网一般采用下垂控制,实现发电和负荷间的供需平衡,并维持频率的稳定。但是传统下垂控制存在频率偏差,影响电能质量;且不能实现输出功率的经济分配,运行成本高。
[0003] 为了改善电能质量,降低运行成本,因此必须对微电网中的分布式发电进行经济协调控制。传统协调控制采用集中式结构,其存在单节点故障、可扩展性差、通信计算量大等缺点,不易实现分布式发电即插即用的功能需求。分布式控制通过稀疏通信网络交换局部信息进行决策与控制,能避免集中协调控制的缺点。因此建立孤岛微电网的分布式经济协调控制,有利于提高微电网控制的鲁棒性,发挥可再生能源的经济效益和环保效益。
[0004] 目前已有一些分布式经济协调控制方案申请专利,如申请号为201410369359.6,发明名称为微电网系统的分布式经济调度与协调控制方法;申请号为
201510075150.3,发明名称为一种对电力系统微电网的全分布式二次调频方法;申请号为
201610563322.6,发明名称为一种计及经济特性的孤岛微网频率协同控制方法;申请号为
201610159352.0,发明名称为一种孤立微电网分布式二级经济控制方法。
[0005] 现有专利或是底层控制采用主从结构来实现协调,或是将频率偏差反馈到经济协调部分来跟踪并估计时变负荷,这些方案不利于系统稳定,存在安全隐患。此外,现有方案均未考虑实际通信中存在通信数据丢包和通信拓扑时变的情况,这些通信约束可能导致系统不能稳定运行。

发明内容

[0006] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于通信约束和时变负荷的孤岛微电网分布式经济协调方法,解决考虑通信约束和时变负荷的孤岛微电网的频率恢复和经济运行的问题。
[0007] 为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0008] 基于通信约束和时变负荷的孤岛微电网分布式经济协调方法,包括以下步骤:
[0009] S1:事件触发:若第i个分布式发电DG单元的实际输出频率ωi与系统额定频率ω*的偏差的绝对值大于某一个阈值σ,则经济协调控制器利用通信收发器和分布式稀疏通信链路,通过广播方式告知其余经济协调控制器进行以下动作;
[0010] 时间触发:每个经济协调控制器利用计时系统同时开始计时,若计时周期T到达,将计时器置零并重新开始;
[0011] 将此次事件触发和时间触发时刻DG单元的有功功率输出值作为局部负荷估计值[0012] S2:在每次事件触发或时间触发时刻,基于局部负荷估计值 经济协调控制器中的参数Pi*、ΔPi和λi赋初值为:
[0013]
[0014] S3:基于S2中的初始值,经济协调控制器采用分布式迭代算法计算最优有功功率参考Pi*,具体算法为:
[0015]
[0016] 其中,k表示计算迭代次数,λi和λj分别表示第i个和第j个DG单元的增量成本估计值, 表示第i个DG单元能收到信息的通信邻居集合,ai表示加权系数,εi表示反馈系数,ΔPi和ΔPj分别表示第i个和第j个DG单元的局部供需平衡偏差估计值,Pi*表示第i个DG单元估计的最优有功功率参考值,Pimax和Pimin分别表示第i个DG单元的最大和最小有功功率输出限制,αi和βi是第i个DG单元的二次成本函数的系数,λimax和λimin分别表示第i个DG单元的最max max min min大和最小增量成本,其计算分别是λi =2αiPi +βi和λi =2αiPi +βi,bi和bj表示加权系数;
[0017] 其中,为克服通信数据丢包和通信拓扑时变的影响,加权系数和反馈系数计算式为:
[0018]
[0019] 其中, 表示在第k次通信时,第i个DG单元收到邻居信息的邻居个数,表示在第k次通信时,第i个DG单元给邻居发送信息的邻居个数,ci(k)取值在区间(0,λimin)内;
[0020] S4:将经济协调控制器计算的最优有功功率参考值Pi*实时传递给功率控制器,更新额定有功功率设定值Pni。
[0021] 进一步,所述DG单元配备局部控制器和通信收发器,通信收发器通过稀疏分布式通信链路与相邻DG单元交换信息,局部控制器根据上级控制和下级控制产生DG单元的控制信号
[0022] 所述下级控制包括功率控制器、电压控制器和电流控制器,下级控制根据上级控制产生的参考信号和电压电流传感器采集的信息产生DG单元的控制信号
[0023] 功率控制器的下垂控制为:
[0024]
[0025] 式中,ωri和Vri分别表示第i个DG单元通过下垂控制产生的输出频率和输出电压参考值,ω*和V*分别表示微电网系统的额定频率和额定电压, 和 分别表示第i个DG单元的频率下垂系数和电压下垂系数,Pi和Qi分别表示第i个DG单元输出的有功功率和无功功率,Pni和Qni分别表示第i个DG单元的额定有功功率和额定无功功率设定值;
[0026] 上级控制包括经济协调控制器,上级控制根据自身信息和通信邻居的信息,采用事件触发和时间触发的双触发机制实时跟踪并估计时变负荷,并进行分布式经济调度,产生额定有功功率设定值。
[0027] 本发明的有益效果在于:
[0028] (1)微电网控制采用完全分布式的对等结构,无需中央控制器,各分布式发电单元在微电网中的地位相同,有利于提高系统的可靠性和可扩展性,实现DG单元的即插即用;
[0029] (2)微电网实现经济运行的同时,频率也恢复到系统额定值,而不需要专的频率恢复控制器,有利于减少通信量和计算量,提升系统效率;
[0030] (3)所提微电网经济协调控制方案考虑了通信数据丢包和通信拓扑时变的约束,使系统的可靠性和鲁棒性更好,其更适合实际应用;
[0031] (4)采用事件触发和时间触发的双触发机制,系统能以分布式的方式快速且准确的跟踪并估计出包括传输损耗的总负荷,而不需要负荷和损耗的先验知识。附图说明
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
[0033] 图1为微电网分布式协调控制示意图;
[0034] 图2为单个DG单元的分布式经济协调控制结构图;
[0035] 图3经济协调控制器的工作流程图

具体实施方式

[0036] 下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0037] 图1中通信收发器间带箭头的虚线表示通信链路,如图1、图2所示,单个DG单元由三相逆变器、直流电源、LC滤波器、RL输出接口、电压传感器、电流传感器、功率控制器、电压控制器、电流控制器、经济协调控制器组成,其中功率控制器、电压控制器、电流控制器和经济协调控制器由每个DG单元的局部控制器实现。直流电源可以由太阳能燃料电池、储能装置、能、微型燃气轮机等一次能源通过DC/DC,AC/DC变换得到。
[0038] 孤岛微电网中每个分布式发电DG单元配备一个局部控制器和通信收发器,通信收发器通过稀疏分布式通信链路与邻居DG单元交换信息,局部控制器根据上级控制和下级控制作用来产生DG单元的控制信号。
[0039] 下级控制包括功率控制器、电压控制器和电流控制器,其根据上级控制产生的参考信号和电压电流传感器采集的信息来产生DG单元的控制信号。功率控制器采用式(1)所示的下垂控制
[0040]
[0041] 式(1)中,ωri和Vri分别表示第i个DG单元通过下垂控制产生的输出频率和输出电压参考值,ω*和V*分别表示微电网系统的额定频率和额定电压, 和 分别表示第i个DG单元的频率下垂系数和电压下垂系数,Pi和Qi分别表示第i个DG单元输出的有功功率和无功功率,Pni和Qni分别表示第i个DG单元的额定有功功率和额定无功功率设定值。
[0042] 上级控制包括经济协调控制器,其根据自身信息和通信邻居的信息,采用事件触发和时间触发的双触发机制来实时跟踪并估计时变负荷,并进行分布式经济调度,产生额定有功功率设定值。
[0043] 如图3所示,事件触发:若第i个DG单元的实际输出频率ωi与系统额定频率ω*的偏差的绝对值大于某一个阈值σ,则该经济协调控制器利用通信收发器和分布式稀疏通信链路,通过广播方式告知其余经济协调控制器进行以下动作,将此次事件触发时刻DG单元的有功功率输出值作为局部负荷估计值
[0044] 时间触发:每个经济协调控制器利用计时系统同时开始计时,若计时周期T到达,将计时器置零并重新开始,并将此次时间触发时刻DG单元的有功功率输出值作为局部负荷估计值
[0045] 在每次事件触发或时间触发时刻,基于上述估计的局部负荷值 经济协调控制器中的参数Pi*,ΔPi和λi赋初值如式(2):
[0046]
[0047] 基于上述初始值,经济协调控制器采用式(3)所示的分布式迭代算法来计算最优有功功率参考Pi*。
[0048]
[0049] 式(3)中,k表示计算迭代次数,λi和λj分别表示第i个和第j个DG单元的增量成本估计值, 表示第i个DG单元能收到信息的通信邻居集合,ai表示加权系数,εi表示反馈系数,*ΔPi和ΔPj分别表示第i个和第j个DG单元的局部供需平衡偏差估计值,Pi 表示第i个DG单元估计的最优有功功率参考值,Pimax和Pimin分别表示第i个DG单元的最大和最小有功功率输出限制,αi和βi是第i个DG单元的二次成本函数的系数,λimax和λimin分别表示第i个DG单元的最大和最小增量成本,其计算分别是λimax=2αiPimax+βi和λimin=2αiPimin+βi,bi和bj表示加权系数。
[0050] 上述算法中的加权系数和反馈系数按式(4)选取以克服通信数据丢包和通信拓扑时变的影响
[0051]
[0052] 式(4)中, 表示在第k次通信时,第i个DG单元收到邻居信息的邻居个数,表示在第k次通信时,第i个DG单元给邻居发送信息的邻居个数,ci(k)只要取值在区间(0,λimin)即可。
[0053] 将经济协调控制器计算的最优有功功率参考值Pi*实时传递给功率控制器,更新额定有功功率设定值Pni。
[0054] 最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
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