交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法

1.本发明涉及一种交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法，属于电力系统技术领域。


背景技术：

2.交直流混合微电网可以根据设备类型，将分布式电源和分布式负荷集成在微电网的交流或直流侧，从而减少对功率变换装置的需求，具有灵活高效的特性。然而，由于其结构复杂，交直流混合微电网的可靠和经济运行具有一定挑战。传统交直流混合微电网的控制策略多采用集中式控制方式，存在灵活性差，容易受到单点故障影响等缺点。此外，传统控制大多仅考虑交、直流微电网子系统内部的最优二次控制，难以满足整个混合微电网系统的最优运行需求。


技术实现要素：

3.本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种用于交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法，为交流微电网子系统和直流微电网子系统中的每个发电单元配置一个智能体，为交直流微电网子系统互联变流器分配一个智能体，构成智能体之间的通信拓扑，使任意一个智能体故障时其余智能体构成的网络仍然联通，根据分布式算法实现交直流混合微电网分布式分层控制。
5.交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法，包括以下步骤：
6.通过交流微电网子系统中交流电源的智能体构建交流电源一次控制策略，根据交流电源一次控制策略控制交流电源；
7.通过直流微电网子系统中直流电源的智能体构建直流电源一次控制策略，根据直流电源一次控制策略控制直流电源；
8.通过交直流混合微电网互联变流器的智能体构建互联变流器一次控制策略，根据互联变流器一次控制策略控制互联变流器。
9.交直流混合微电网分布式事件驱动的分层控制方法，包括以下步骤：
10.3-1)所述交流电源一次控制策略如下：
[0011][0012]
其中，fi(t)和f
nom
分别表示第i个电源的频率和交流微电网子系统标称频率，上标ac表示交流微电网子系统，表示频率-有功下垂因子，表示第i个交流电源的输出功率，和分别表示第一项和第二项二次补偿项；
[0013]
3-2)所述直流电源一次控制策略如下：
[0014][0015]
其中，和分别表示第i个电源的输出电压和系统标称电压，上标dc表示直流微电网子系统，表示电压-有功下垂因子，表示第i个交流电源的输出功率，和分别表示第一项和第二项二次补偿项；
[0016]
3-3)所述互联变流器一次控制策略如下：
[0017][0018]
其中，表示第i个互联变流器的输出功率，表示互联变流器的下垂因子，和分别表示第一项和第二项二次补偿项，f
pu
(t)和分别表示交流微电网子系统的频率标幺值和直流微电网子系统的电压标幺值，并分别可通过如下公式计算
[0019][0020]
其中，f
max
和f
min
分别表示交流微电网子系统允许的最大和最小系统频率,v
max
和v
min
分别表示直流微电网子系统的最大和最小电压，表示直流微电网子系统的各发电单元所在节点平均母线电压。
[0021]
交流微电网子系统第一项二次补偿项和直流微电网子系统的第一项二次补偿项如下：
[0022][0023]
其中，上标h∈{ac,dc}表示微电网子系统类型，ac表示交流微电网，dc表示直流微电网；为pi控制器系数，表示h类型微电网子系统中第i个智能体的邻居智能体集合，拉普拉斯矩阵元素和虚拟微增成本分别定义如下
[0024][0025]
其中ξ为实数,n
h,i
和n
h,j
分别表示类型为h的微电网子系统中第i和第j个智能体的邻居节点个数；
[0026][0027]
其中，上标h表示微电网子系统类型，下标i和j表示电源索引编号，表示微增成本，和为发电成本系数，为输出功率，和分别表示微增成本下限和上限，和分别表示输出功率下限和上限约束；ai、bi表示发电成本函数的系数；
[0028]
事件触发条件如下：
[0029][0030]
其中，为阈值参数，ts为二次控制采样和控制步长，t表示当前时刻；表示事件触发决策变量，只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体，用于产生交流微电网子系统第一项二次补偿项和直流微电网子系统的第一项二次补偿项。
[0031]
所述互联变流器一次控制策略中，第一项二次补偿项如下，以实现互联变流器输出功率的比例分配：
[0032][0033]
其中和分别表示比例和积分项系数,表示第j个互联变流器输出功率的标称值，其定义如下：
[0034][0035]
其中和分别表示第j个互联变流器的输出功率，和标称有功输出容量，表示互联变流器所对应的拉普拉斯矩阵元素；表示第i个互联变流器智能体所对应的邻居节点个数；
[0036]
事件触发条件如下：
[0037][0038]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长；表示事件触发决策
变量，只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体，用于计算互联变流器一次控制策略中的第一项二次补偿项。
[0039]
所述交流电源一次控制策略的第二项二次补偿项如下，以实现交流微电网子系统频率恢复控制：
[0040][0041]
其中和分别表示比例和积分项系数。
[0042]
所述直流电源一次控制策略的第二项二次补偿项设计如下，以实现直流微电网子系统电压恢复控制：
[0043][0044]
其中和分别表示比例和积分项系数。
[0045]
交流微电网子系统和直流微电网子系统的平均母线电压用如下公式分布式识别：
[0046][0047]
其中，上标h表示微电网子系统类型，下标i和j表示电源索引编号，表示电源输出电压，表示发掘的平均母线电压，η表示学习率因子。
[0048]
事件触发条件如下：
[0049][0050]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长，表示事件触发决策变量，只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体，用于发掘交流微电网子系统和直流微电网子系统的平均母线电压。
[0051]
所述互联变流器一次控制策略中的第二项二次补偿项如下，以实现交直流微电网子系统间功率最优分配：
[0052][0053]
其中和分别为比例项和积分项的系数。
[0054]
所述交直流微电网子系统间的发电微增成本误差如下：
[0055][0056]
其中表示第i个互联变流器发掘得到的交直流微电网子系统间的发电微增成本误差，η为学习率因子，表示互联变流器所对应的拉普拉斯矩阵元素，e
λ,i
(t)定义如
下
[0057][0058]
事件触发条件：
[0059][0060]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长，表示事件触发决策变量，只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体，用于发掘交直流微电网子系统间的发电微增成本误差。
[0061]
本发明具有以下有益效果及优点：
[0062]
1.本发明采用分布式方式实现交直流混合微电网系统分布式分层控制，其不受单点故障的影响，并且基于事件触发的通信机制可以降低通信成本；
[0063]
2.本发明不需要全局信息，每个智能体只需要与其邻居进行通信，具有较高的信息安全性；
[0064]
3.本发明将传统的经济调度层(第三层)集成到二次控制层中，这提高了交直流混合微电网的效率；
[0065]
4.通过适当地控制互联变流器在交、直流微电网子系统间传输的功率，可以实现整个交直流混合微电网系统的经济调度，从而降低系统的运行成本。
附图说明
[0066]
图1是交直流混合微电网分布式分层控制方法原理图。
具体实施方式
[0067]
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0068]
本发明用于交直流混合微电网分布式分层控制，首先分别为交流微电网子系统和直流微电网子系统中每个发电单元(distributed generator,dg)配置一个智能体(agent)，为交直流微电网子系统互联变流器(interlinking converter,ic)分配一个智能体，根据n-1规则设计智能体之间的通信拓扑，使任意一个智能体故障时其余智能体构成的网络仍然是全联通的，且基于设计的一系列分布式算法实现交直流混合微电网分布式分层控制。
[0069]
本发明包括以下步骤：
[0070]
1)设计交直流混合微电网系统分布式控制架构，如图1所示，并为系统中每个发电单元及互联变流器分配一个智能体用于数据通信并实施分布式控制算法；
[0071]
2)设计交流微电网子系统中交流电源一次控制策略，设计直流微电网子系统中直流电源一次控制策略，设计交直流混合微电网互联变流器一次控制策略。
[0072]
3)设计分布式事件驱动的经济调度算法，并用于计算交流电源、直流电源的第一项二次补偿项；
[0073]
4)设计事件驱动的平均母线电压发掘算法；
[0074]
5)设计事件驱动的互联变流器输出功率比例分配算法，并用于计算互联变流器的第一项二次补偿项；
[0075]
6)设计交流微电网子系统频率恢复二次控制策略，并用于计算交流电源的第二项二次补偿项；
[0076]
7)基于步骤4)的平均母线电压发掘算法，设计直流微电网子系统电压恢复二次控制策略，并用于计算直流电源的第二项二次补偿项；
[0077]
8)设计交直流微电网子系统间的发电微增成本误差分布式发掘算法及事件触发机制，并计算互联变流器的第二项二次补偿项，以实现交直流微电网子系统间功率最优分配。
[0078]
1、设计分布式控制架构并为交直流混合微电网中各电源分配智能体，首先分别为交流微电网子系统和直流微电网子系统中每个电源配置一个智能体，为交直流微电网子系统互联变流器分配一个智能体，各智能体之间构建一个通信网络。每个智能体都应具有以下功能：获取本地信息(该发电单元当前输出功率pi)；与邻居智能体通信，并实施相关分布式算法。本实施里采用具有a/d接口和通信接口的微处理器。
[0079]
2、设计交流电源、直流电源、互联变流器的一次控制策略
[0080]
1)设计交流电源一次控制策略
[0081][0082]
其中，fi(t)和f
nom
分别表示第i个电源的频率和系统标称频率，上标ac表示交流微电网子系统，表示频率-有功下垂因子，表示第i个交流电源的输出功率，和分别表示第一项和第二项二次补偿项。
[0083]
2)设计直流电源一次控制策略
[0084][0085]
其中，和分别表示第i个电源的输出电压和系统标称电压，上标dc表示直流微电网子系统，表示电压-有功下垂因子，表示第i个交流电源的输出功率，和分别表示第一项和第二项二次补偿项。
[0086]
3)设计互联变流器一次控制策略
[0087][0088]
其中，表示第i个互联变流器的输出功率，表示互联变流器的下垂因子，和分别表示第一项和第二项二次补偿项，f
pu
(t)和分别表示交流微电网子系统的频率标幺值和直流微电网子系统的电压标幺值，并分别可通过如下公式计算
[0089][0090]
其中，f
max
和f
min
分别表示交流微电网子系统允许的最大和最小系统频率,v
max
和v
min
分别表示直流微电网子系统的最大和最小电压，v
dc
(t)表示直流微电网子系统的各节点平均电压。
[0091]
3、设计事件驱动的分布式经济调度算法
[0092]
交流微电网子系统和直流微电网子系统的第一项二次补偿项设计如下：
[0093][0094]
其中，上标h∈{ac,dc}表示微电网子系统类型(ac表示交流微电网，dc表示直流微电网)。为控制器系数，表示h类型微电网子系统中第i个智能体的邻居智能体集合，和分别定义如下
[0095][0096]
其中ξ为实数,n
h,i
和n
h,j
分别表示类型为h的微电网子系统中第i和第j个智能体的邻居节点个数。
[0097][0098]
其中，上标h表示微电网子系统类型，下标i和j表示电源索引编号，表示微增成本，和为发电成本系数，为输出功率，和分别表示微增成本下限和上限，和分别表示输出功率下限和上限约束。
[0099]
为了降低通信成本，设计如下事件触发条件：
[0100][0101]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长。
[0102]
只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体。
[0103]
4、设计事件驱动的平均母线电压发掘算法：
[0104]
交流微电网子系统和直流微电网子系统的平均母线电压可以用如下公式分布式识别
[0105][0106]
其中上标h表示微电网子系统类型，下标i和j表示电源索引编号，表示电源输出电压，表示发掘的平均母线电压，η表示学习率因子。
[0107]
为了降低通信成本，设计如下事件触发条件：
[0108][0109]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长。
[0110]
只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体。
[0111]
5、设计事件驱动的互联变流器输出功率比例分配算法：
[0112]
为了实现互联变流器输出功率的比例分配，其第一项二次补偿项设计如下：
[0113][0114]
其中和分别表示比例和积分项系数,表示第j个互联变流器输出功率的标称值，其定义如下：
[0115][0116]
其中和分别表示第j个互联变流器的输出功率，和标称有功输出容量。
[0117]
为了降低通信成本，设计如下事件触发条件：
[0118]
[0119]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长。
[0120]
只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体。
[0121]
6、设计交流微电网子系统频率恢复二次控制策略：
[0122]
为了实现交流微电网子系统频率恢复控制，交流电源的第二项二次补偿项设计如下：
[0123][0124]
其中和分别表示比例和积分项系数
[0125]
7、设计直流微电网子系统电压恢复二次控制策略：
[0126]
为了实现直流微电网子系统电压恢复控制，直流电源的第二项二次补偿项设计如下：
[0127][0128]
其中和分别表示比例和积分项系数
[0129]
8、设计互联变流器二次控制策略以实现交直流微电网子系统间功率最优分配：
[0130]
首先，设计交直流微电网子系统间的发电微增成本误差分布式发掘算法：
[0131][0132]
其中表示第i个互联变流器发掘得到的交直流微电网子系统间的发电微增成本误差，η为学习率因子，e
λ,i
(t)定义如下
[0133][0134]
为了降低发电微增成本误差分布式发掘算法的通信成本，设计如下事件触发条件：
[0135][0136]
其中为阈值参数，ts为二次控制才采样和控制步长。
[0137]
只有当时，智能体i才和其邻居智能体进行通信，并传输数据至其邻居智能体。
[0138]
然后，为了实现交直流微电网子系统间功率最优分配，设计互联变流器第二项二次补偿项如下：
[0139]
[0140]
其中和分别为比例项和积分项的系数。