一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法技術方案

本發明專利技術涉及一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，屬于電力系統運行和控制技術領域。本發明專利技術方法首先設計了傳統能源分布式電源和可再生能源分布式電源的發電成本函數，并通過求導得到其微增率。提出了分布式的數據采集和信息交互結構，采用基于次梯度的一致性算法，根據分布式電源采集的數據和交換的信息迭代計算得到輸出功率的調整量，從而對分布式電源的輸出功率進行實時控制。本發明專利技術在使得頻率實現快速恢復的同時，保證二次調頻過程中的發電成本最低，并在分布式電源之間合理分配功率。本發明專利技術的控制方法能夠避免微電網的頻率震蕩，利用本發明專利技術方法，能夠實現微電網全分布式的二次調頻，并提高微電網運行的經濟性。

【技術實現步驟摘要】
一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法
本專利技術涉及一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，屬于電力系統運行和控制

技術介紹
發展分布式發電(DistributedGeneration)，可以優化能源結構、推動節能減排和實現經濟可持續發展。近年來，可再生能源的分布式并網促進了微電網的發展并成為新型智能電網的重要組成部分。隨著風力和光伏發電的滲透率越來越高，由于可再生能源出力的波動性、間歇性和不確定性，加之負荷的快速變化和系統較小的慣性系數，保證微電網在孤網狀態下安全可靠運行所需的控制系統將遇到很大挑戰，這一點特別體現在微電網頻率控制問題中。如何對分布式電源進行協調控制以實現頻率的快速恢復一直以來都是研究的關注點，這被稱為微電網的二次調頻問題。傳統上，二次調頻一般需要中央控制器以完成信號的采集、計算和控制過程。在微電網中，起到“大腦”和處理計算作用的是微電網中央控制器(以下簡稱MGCC)，基于中央控制器的控制方法被稱為集中式控制。然而，這種方式存在著諸多的問題：首先，集中控制所需要的通信網絡極其龐大而復雜，不僅增加了成本，而且通信故障的可能性大大增加，降低了微電網運行的可靠性。再者，大量的數據給MGCC的處理和計算帶來巨大挑戰，一旦其發生故障，微電網控制就將崩潰。此外，微電網中分布式電源的投退使得微電網物理結構隨時可能發生變化，這要求系統能做出快速、及時的反應和動作，實現“即插即用”，而這顯然是集中式控制無法解決的。隨著電力線載波通信技術的成熟，基于點對點通信的分布式控制逐漸得到關注。但目前的分布式控制方法存在著調頻速度慢以及無法考慮二次調頻經濟性等問題。因此，如何通過點對點通信實現不依賴于中央控制器并能提高經濟性的分布式二次調頻對微電網控制技術的發展具有重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，針對自治微電網，在發電成本最小的前提下實現快速的頻率恢復，采用基于次梯度的一致性算法，實現分布式頻率恢復控制，采用發電成本微增率，實現二次調頻過程中發電成本的最優化，達到微電網對電能質量和經濟性的基本要求。本專利技術提出的對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，包括以下步驟：(1)設定微電網中包含有可再生能源分布式電源和傳統能源分布式電源，設計一個微電網中可再生能源分布式電源的發電成本函數如下：其中Pi是第i個可再生能源分布式電源輸出的有功功率，Pimax是第i個可再生能源分布式電源預測最大發電容量，Ci(Pi)是第i個可再生能源分布式電源的發電成本；微電網中傳統能源分布式電源的發電成本函數為：Cj(Pj)＝ajPj2+bjPj+cj其中，Pj是第j個傳統能源分布式電源輸出的有功功率，aj、bj、cj均為發電成本函數系數，取值范圍均大于零；分別對上述傳統能源電源和可再生能源電源的發電成本函數進行求導，得到第i個可再生能源分布式電源的發電成本微增率ICRi和第j個傳統能源分布式電源的發電成本微增率ICRj：(2)建立微電網中所有分布式電源之間的信息交換及迭代控制方式，實現對分布式電源的輸出功率調整量的實時控制，具體步驟如下：(2-1)微電網中各分布式電源分別采集各自的實時輸出有功功率以及分布式電源與微電網接口處的頻率值；(2-2)所有分布式電源中任意相鄰兩個分布式電源之間交換各自的由上述步驟(1)得到的發電成本微增率；(2-3)采用基于次梯度的一致性算法，計算微電網中各分布式電源的輸出有功功率的調整量，具體過程如下：(2-3-1)將上述步驟(1)中得到的各分布式電源的發電成本微增率作為一致性變量，所有分布式電源輸出的有功功率的控制目標函數為：其中，Pl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時輸出的有功功率，PD是微電網的負荷總功率，將上述目標函數改寫為如下的發電成本微增率的目標函數：其中，ICRl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時的發電成本微增率，ar、br為微電網中第r個分布式電源發電成本函數系數；(2-3-2)根據上述步驟(2-3-1)發電成本微增率的目標函數，采用次梯度算法得到第k+1次發電成本微增率迭代計算式如下：其中，dl是中間變量，μlr為第l個分布式電源與第r個分布式電源之間的通信系數，其數值由下式決定：其中Nl為所有與第l個分布式電源直接相連的分布式電源的集合，nl為與第l個分布式電源相連的分布式電源的個數，nr為與第r個分布式電源相連的分布式電源的個數；(2-3-3)采用頻率偏差，替換第k+1次發電成本微增率迭代計算式中的功率不平衡量得到的第k+1次發電成本微增率迭代計算式的表達式為：其中，λl是迭代步長，flm[k]是采集的第l個分布式電源與微電網接口處的頻率值，f*是微電網的頻率額定值；(2-3-4)利用上述步驟(1)的發電成本微增率計算公式，根據(2-3-3)的第k+1次發電成本微增率迭代計算式，得到第j個傳統能源分布式電源在第k+1步迭代計算時的輸出功率調整量ΔPj[k+1]：其中，是第j個傳統能源分布式電源在第k+1次迭代時采集的輸出有功功率值；(2-3-5)利用上述步驟(1)的發電成本微增率計算公式，根據(2-3-3)的第k+1次發電成本微增率迭代計算式，得到第i個可再生能源分布式電源在第k+1次迭代時輸出功率的調整量ΔPi[k+1]：其中，Pim[k+1]是第i個可再生能源分布式電源在第k+1次迭代時采集的輸出有功功率值；(2-4)根據上述計算得到的微電網中各分布式電源輸出有功功率的調整量，實時控制分布式電源的輸出功率調整量；(3)分別采集各分布式電源與微電網接口處的頻率值，根據采集的頻率值與微電網額定頻率的偏差，實現對電力系統微電網的調頻控制，包括以下步驟：(3-1)分別采集微電網中各分布式電源與微電網接口處的頻率值；(3-2)分別計算上述頻率值與微電網額定頻率值之間的頻率偏差，得到各分布式電源與微電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，其特征在于該方法包括以下步驟：(1)設定微電網中包含有可再生能源分布式電源和傳統能源分布式電源，設計一個微電網中可再生能源分布式電源的發電成本函數如下：Ci(Pi)=(Pi-Pimax)2/Pimax=1PimaxPi2-2Pi+Pimax]]>其中Pi是第i個可再生能源分布式電源輸出的有功功率，Pimax是第i個可再生能源分布式電源預測最大發電容量，Ci(Pi)是第i個可再生能源分布式電源的發電成本；微電網中傳統能源分布式電源的發電成本函數為：Cj(Pj)=ajPj2+bjPj+cj]]>其中，Pj是第j個傳統能源分布式電源輸出的有功功率，aj、bj、cj均為發電成本函數系數，取值范圍均大于零；分別對上述傳統能源電源和可再生能源電源的發電成本函數進行求導，得到第i個可再生能源分布式電源的發電成本微增率ICRi和第j個傳統能源分布式電源的發電成本微增率ICRj：ICRi=dCi(Pi)dPi=2PiPimax-2]]>ICRj=dCj(Pj)dPj=2ajPj+bj]]>(2)建立微電網中所有分布式電源之間的信息交換及迭代控制方式，實現對分布式電源的輸出功率調整量的實時控制，具體步驟如下：(2?1)微電網中各分布式電源分別采集各自的實時輸出有功功率以及分布式電源與微電網接口處的頻率值；(2?2)所有分布式電源中任意相鄰兩個分布式電源之間交換各自的由上述步驟(1)得到的發電成本微增率；(2?3)采用基于次梯度的一致性算法，計算微電網中各分布式電源的輸出有功功率的調整量，具體過程如下：(2?3?1)將上述步驟(1)中得到的各分布式電源的發電成本微增率作為一致性變量，所有分布式電源輸出的有功功率的控制目標函數為：minf(Pl[k])=12(Σl=1NPl[k]-PD)2]]>其中，Pl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時輸出的有功功率，PD是微電網的負荷總功率，將上述目標函數改寫為如下的發電成本微增率的目標函數：minf(ICRl[k])=12(Σr=1NICRr[k]-br2ar-PD)2]]>其中，ICRl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時的發電成本微增率，ar、br為微電網中第r個分布式電源發電成本函數系數；(2?3?2)根據上述步驟(2?3?1)發電成本微增率的目標函數，采用次梯度算法得到第k+1次發電成本微增率迭代計算式如下：ICRl[k+1]=Σr=1NμlrICRr[k]-dl∂f(ICRl[k])∂ICRl[k]=Σl=1NμlrICRr[k]-dl·12al(Σr=1NPr[k]-PD)]]>其中，dl是中間變量，μlr為第l個分布式電源與第r個分布式電源之間的通信系數，其數值由下式決定：其中Nl為所有與第l個分布式電源直接相連的分布式電源的集合，nl為與第l個分布式電源相連的分布式電源的個數，nr為與第r個分布式電源相連的分布式電源的個數；(2?3?3)采用頻率偏差，替換第k+1次發電成本微增率迭代計算式中的功率不平衡量得到的第k+1次發電成本微增率迭代計算式的表達式為：ICRl[k+1]=Σr=1NμlrICRr[k]-λl(flm[k]-f*)]]>其中，λl是迭代步長，flm[k]是采集的第l個分布式電源與微電網接口處的頻率值，f*是微電網的頻率額定值；(2?3?4)利用上述步驟(1)的發電成本微增率計算公式，根據(2?3?3)的第k+1次發電成本微增率迭代計算式，得到第j個傳統能源分布式電源在第k+1步迭代計算時的輸出功率調整量ΔPj[k+1]：ΔPj[k+1]=ICRj[k+1]-bj2aj-Pjm[k+1]]]>其中，是第j個傳統能源分布式電源在第k+1次迭代時采集的輸出有功功率值；(2?3?5)利用上述步驟(1)的發電成本微增率計算公式，根據(2?3?3)的第k+1次發電成本微增率迭代計算式，得到第i個可再生能源分布式電源在第k+1次迭代時輸出功率的調整量ΔPi[k+1]：ΔPi[k+1]=PimaxICRi[k+1]+22-Pim[k+1]]]>其中，Pim[k+1]是第i個可再生能源分布式電源在第k+1次迭代時采集的輸出有功功率值；(2?4)根據上述計算得到的微電網中各分布式電源輸出有功功率的調整量，實時控制分布式電源的輸出功率調整量；(3)分別采集各分布式電源與微電網接口處的頻率值，根據采集的頻率值與微電網額定頻率的偏差，實現對電力系統微電網的調頻控制，包括以下步驟：(3?1)分別采集微電網中各分布式電源與微電網接口處的頻率值；(3?2)分別計算...

【技術特征摘要】
1.一種對電力系統微電網的全分布式二次調頻方法，其特征在于該方法包括以下步驟：(1)設定微電網中包含有可再生能源分布式電源和傳統能源分布式電源，設計一個微電網中可再生能源分布式電源的發電成本函數如下：其中Pi是第i個可再生能源分布式電源輸出的有功功率，Pimax是第i個可再生能源分布式電源預測最大發電容量，Ci(Pi)是第i個可再生能源分布式電源的發電成本；微電網中傳統能源分布式電源的發電成本函數為：Cj(Pj)＝ajPj2+bjPj+cj其中，Pj是第j個傳統能源分布式電源輸出的有功功率，aj、bj、cj均為發電成本函數系數，取值范圍均大于零；分別對上述傳統能源分布式電源的發電成本函數和可再生能源分布式電源的發電成本函數進行求導，得到第i個可再生能源分布式電源的發電成本微增率ICRi和第j個傳統能源分布式電源的發電成本微增率ICRj：(2)建立微電網中所有分布式電源之間的信息交換及迭代控制方式，實現對分布式電源的輸出功率調整量的實時控制，具體步驟如下：(2-1)微電網中各分布式電源分別采集各自的實時輸出有功功率以及分布式電源與微電網接口處的頻率值；(2-2)所有分布式電源中任意相鄰兩個分布式電源之間交換各自的由上述步驟(1)得到的發電成本微增率；(2-3)采用基于次梯度的一致性算法，計算微電網中各分布式電源的輸出有功功率的調整量，具體過程如下：(2-3-1)將上述步驟(1)中得到的各分布式電源的發電成本微增率作為一致性變量，所有分布式電源輸出的有功功率的控制目標函數為：其中，Pl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時輸出的有功功率，PD是微電網的負荷總功率，將上述目標函數改寫為如下的發電成本微增率的目標函數：其中，ICRl[k]為微電網中第l個分布式電源在第k步迭代時的發電成本微增率，ar、br為微電網中第r個分布式電源發電成本函數系數；(2-3-2)根據上述步驟(2-3-1)發電成本微增率的目標函數，采用次梯度算法得到第k+1次發電成本微增率迭代計算式如下：

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳文傳，張伯明，孫宏斌，王中冠，郭慶來，王彬，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11