一种基于分布式有限时间控制器的微电网功率分配方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式有限时间控制器的微电网功率分配方法。对微电网有功功率的参考值与实际值经过非线性积分控制器处理得到所有电源的有功功率利用率的参考值；建立连接微电网内部所有电源的通信网络；利用分布式有限时间控制器控制每一台电源，使所有电源的有功功率利用率的实际值趋近于参考值。本发明提高微电网的有功功率分配能力；消除通信网络的故障对微电网稳定运行的干扰；消除传统的微电网控制中心对于微电网可靠性的影响；加快分布式电源输出有功功率的收敛时间，提高微电网的动态性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网分配方法，尤其是涉及了一种基于分布式有限时间控 制器的微电网功率分配方法。

背景技术

具有储量丰富、清洁高效、地理分散等特性的、基于可再生能源(如太阳 能光伏、风力发电等)的分布式电源在微电网中的渗透率逐渐增加。然而，这 些电源输出功率的波动性导致微电网功率分配问题变得十分复杂，即如何有效 控制每一台电源的输出功率，使得所有电源输出的总功率满足微电网要求。微 电网功率分配是微电网研究领域的基础问题和关键问题。功率能否保持有效分 配，即微电网内部所有电源输出总功率能否满足调度要求，决定了微电网能否 稳定、高效运行。

功率分配的本质是保证下式成立：

$\left(\begin{array}{c}{\gamma }_1={\gamma }_2=\mathrm{...}={\gamma }_n\\ {\gamma }_i=\frac{P_i}{P_{imax}},i=1,2,\mathrm{...},n\end{array}\right)$

其中，P_i为第i个电源输出的有功功率，P_imax为第i个电源输出的有功功率的最 大值，i＝1,2,…,n，n为微电网内部电源的数量。上式为微电网功率分配的目标， 也是电源分布式控制的重要理论依据。

实现微电网功率分配的控制，现有的方法一般均采用微电网控制中心实时 采集所有电源输出功率的总和，通过集中式控制方法控制每一台电源输出功率 的大小。然而，电源的地理分散特性，使得构建这样一个便于微电网控制中心 采集数据的通信网络变得非常复杂，而且成本较高、可靠性较低。此外，这些 电源输出功率的波动性也影响着微电网功率分配的可靠性。因此传统的集中式 控制方法已无法实现对实际微电网功率分配的可靠控制，这也是传统控制方法 在实际工程中控制效果不够理想、难以实现微电网功率分配的主要原因。寻找 一种不依赖于复杂的通信网络、能够提高系统运行稳定性、抑制分布式电源输 出功率波动性的功率分配方法，以代替现有的功率分配方法，实现微电网功率 的有效分配，便成为了目前亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于分布式有限时间控制器的微电网功 率分配方法。本发明针对含有分布式电源的微电网，基于分布式网络控制方 法，建立电源输出功率的分配方法。

以达到提高通信系统可靠性、实现微电网功率高效分配的目的。

本发明的技术方案采用如下步骤，如图1所示：

1)对微电网有功功率的参考值与实际值经过非线性积分控制器处理得到所 有电源的有功功率利用率的参考值；

2)建立连接微电网内部所有电源的通信网络；

3)利用分布式有限时间控制器控制每一台电源，使所有电源的有功功率利 用率的实际值趋近于参考值。

所述步骤1)中的所有电源的有功功率利用率的参考值通过以下公式的非线 性积分控制器得到：

${\gamma }^{ref}=\{\begin{array}{cc}{K}_1\int (P^{ref}-P)dt,& (P^{ref}-P)·\frac{d(P^{ref}-P)}{dt}>0\\ K_1\int \lambda ·(P^{ref}-P)dt,& (P^{ref}-P)·\frac{d(P^{ref}-P)}{dt}<0\end{array}---\left(1\right)$

其中，γ^ref为所有电源输出的有功功率利用率的参考值，P^ref为微电网内部所 有电源输出的有功功率的参考值，P为微电网内部所有电源输出的有功功率的实 际值，K₁为积分系数，t表示时间，λ∈[-1,1]为可调积分系数。

所述步骤2)中的连接微电网内部所有电源的通信网络表示为：对于微电网 内部的每一个电源，将该电源通过通信线路与其距离最近的其他一个或者多个 电源连接，将微电网内部所有电源连接形成通信网络。

所述步骤2)中的连接微电网内部所有电源的通信网络表示为：

其中，D为邻接矩阵，n代表微电网内部电源的数量，d_ij为邻接矩阵权值， 0<d_ij<1表示第j个电源与第i个电源相连接，连接的强弱取决于具体数值，距离 越大数值越小，d_ij＝0表示第j个电源不与第i个电源相连接，i和j均代表微电 网内部电源的序数，i,j＝1,2…,n。

所述的步骤3)中的有限时间控制器的表达式为：

$u_i=K·sign\{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_{ij}\left(t\right)·({\gamma }_i-{\gamma }^{ref})\}---\left(3\right)$

其中，u_i为第i个电源的分布式有限时间控制器，d_ij为邻接矩阵权值，γ_i为 第i个电源输出的有功功率利用率的实际值，γ^ref为所有电源输出的有功功率利 用率的参考值，sign(·)为符号函数，K为收敛增益。

本发明的有益效果是：

本发明利用有功功率利用率的参考值进行微电网内部电源的功率分配，建 立的通信网络避免了微电网控制中心对于功率采集、分配的不利影响；其分布 式有限时间控制器能让每一个电源都掌握所有电源输出的有功功率利用率的实 时信息，能避免使用微电网控制中心，具有速度快、控制精度高的优点。

由此，本发明提高微电网的有功功率分配能力，消除通信网络的故障对微 电网稳定运行的干扰，消除传统的微电网控制中心对于微电网可靠性的影响； 加快分布式电源输出有功功率的收敛时间，提高微电网的动态性能。

附图说明

图1为本发明方法的控制流程逻辑图。

图2为实施例所有电源输出功率的参考值和实际值。

图3为实施例每一台电源输出的有功功率。

图4为实施例每一台电源输出的有功功率利用率的实际值。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的步骤1)微电网有功功率的参考值由调度中心下发，微电网有功功 率的实际值可以在公共耦合点处通过功率检测装置检测得到，二者之差经过非 线性积分控制器即可得到所有电源的有功功率利用率的参考值，利用该有功功 率利用率的参考值进行微电网内部电源的功率分配。

本发明的步骤2)建立连接微电网内部所有电源的通信网络，该网络是典型 的分布通信网络，即该网络中没有电源监控中心，邻近的电源之间通过通信线 路直接相连，每一台电源输出的有功功率利用率在各个电源之间相互传递，避 免微电网控制中心对于功率采集、分配的不利影响。

本发明的步骤3)借助建立的连接微电网内部所有电源的通信网络，利用分 布式有限时间控制器实时控制所有电源输出的有功功率利用率，该分布式有限 时间控制器采用先进的分布式网络控制理论，能让每一个电源都可以掌握所有 电源输出的有功功率利用率的实时信息，这样可以避免使用微电网控制中心， 而且该分布式有限时间控制器具有速度快、控制精度高的优点。

本发明具有的有益的效果是：

本发明提高微电网的功率稳定运行水平，提高电源的自我感知能力和全局 收敛能力。

本发明提高微电网的有功功率分配能力；消除通信网络的故障对微电网稳 定运行的干扰；消除传统的微电网控制中心对于微电网可靠性的影响；加快分 布式电源输出有功功率的收敛时间，提高微电网的动态性能。

本发明的具体实施例如下：

在MATLAB软件工具中对本发明提出的微电网功率分配方法进行了仿真 实验。实验参数如下表1所示。

表1

参数 取值 微电网内部电源的数量n 10 积分系数K₁1.5 收敛增益K 5 可调积分系数λ 0.7

通过Scope模块检测实验波形，通过Timer工具计算试验时间，采用本发明 提出的控制方法，所得实验数据：P^ref–P<0.5KW，所有电源输出的有功功率利 用率的实际值收敛时间<1s，每一台电源输出的有功功率利用率的实际值与所有 电源输出的有功功率利用率的参考值之间的误差<1.5％。

实验截图如下：

(1)微电网有功功率的参考值变化时，所有电源输出功率的参考值(实线) 和实际计值(虚线)，如下图2所示。由图2可以看出：本发明提出的功率分 配方法可以保证微电网内部所有电源输出的有功功率满足调度指令的要求，而 且具备快速响应、数值精确的优点。

(2)微电网有功功率的参考值变化时，第一、三、五、七、九台电源输出 的有功功率的实际值，如下图3所示。由图3可以看出：本发明提出的功率分 配方法可以使得每一台电源输出的有功功率根据当前的外部环境灵活确定，避 免了电源的地理分散特性和输出功率波动特性对于功率分配的不利影响，提高 每一台电源的鲁棒性和抗扰性，实现每一台电源输出功率的有效控制。

(3)微电网有功功率的参考值变化时，第一、三、五、七、九台电源输出 的有功功率利用率的实际值，如下图4所示。由图4可以看出：本发明提出的 分布式有限时间控制器可以使每一台电源输出的有功功率利用率的实际值快速 而精确趋近于参考值，从而保证功率分配的动态性能和准确性，同时消除微电 网控制中心以及通信网络的干扰对于功率分配的不利影响。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本 发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落 入本发明的保护范围。

本发明实现了微电网内部电源的功率分配，避免了使用微电网控制中心以 及通信网络的干扰对于功率分配带来的不利影响，能保证功率分配的动态性能 和准确性，具有速度快、控制精度高的优点。