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基于分布式内模设计的微电网协调二次控制策略

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-05 08:56    点击量:

    新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)的研究人员陈萌、肖湘宁,在2017年第10期《电工技术学报》上撰文,研究基于多代理系统的孤岛型微电网二次电压和频率控制策略.

基于分布式内模设计的微电网协调二次控制策略
    首先建立孤岛型微电网电压和频率控制数学模型,利用状态反馈得到输入-输出线性化模型;然后简要介绍所需的基本图论原理,并利用内模设计原理设计分布式协调二次控制器,避免了集中控制结构下对中央控制器的依赖.基于多代理系统的分布式二次控制器通过一定的有向通信网络连接,每个代理只需本地及相邻节点信息.

    最后在PSCAD/EMTDC中建立孤岛微网的测试系统,通过仿真对所提控制策略的有效性进行验证,结果表明所提策略能够使频率和电压恢复额定值,同时保证有功功率分配的准确性.

    电力电子技术的快速发展、信息和通信技术的广泛应用以及分布式发电(Distributed Generators,DGs)渗透率的提高,使传统垂直一体化的电网结构逐步向更加高效、灵活的智能电网发展[1].因此,作为智能电网积木,微电网受到了国内外的广泛关注.微电网能够为电网、用户提供多种辅助服务功能,充分发挥智能电网在经济、技术、环境和社会方面的潜在作用[2-4].

    微电网既可以并网运行,也可以在计划或非计划状态下与主网脱离进入孤岛运行状态.当微电网孤岛运行时,需要依靠自身DGs建立电压和频率,维持系统稳定运行[5,6].因此,借鉴传统电力系统的调频调压策略,提出了微电网分层控制架构[7,8],其中一次调节利用DGs本地控制器实现下垂机制,模拟同步发电机一次调压、调频特性,其可以等效为比例控制器,使微电网产生频率和电压稳态误差[9-11].

    因此需要二次调节使其恢复额定运行状态.传统微电网二次控制多依靠集中控制器(Microgrid CentralController, MGCC)感知微电网运行状态并向微源本地控制器设定指令值[12,13].这种控制方式需要MGCC与每个微源本地控制器进行通信,一旦MGCC故障,整个系统的性能都将受到较大影响.这使集中控制结构的可靠性大大降低.

    近年来,基于多代理系统(Multi-Agent System,MAS)的分布式控制思想开始受到关注[14-16].文献[17]研究了孤岛微电网分布式二次调节,但是各代理之间均需相互通信,需要较复杂的通信网络.文献[18]指出微电网二次调节可以表示为追踪同步问题,所有DG代理向领导节点同步,并且只与相邻代理进行通信,并基于此设计了电压二次调节方式.

    此外相关文献还基于分布式PI控制[19]、有限时间控制[20]等方式对分布式二次控制进行了设计.相比集中控制系统,分布式多代理系统具有更高的灵活性和可靠性.在智能电网环境下具有更好的应用前景.

    本文基于分布式内模设计方法设计了微电网二次协调电压和频率控制策略,所谓"协调"是指微电网中的各个DG表现为一个整体,依据本地和相邻节点信息,在分布式二次控制策略的作用下,共同实现频率和电压恢复的目标[18].内模原理指出,如果系统前向传递函数中包含输入信号模型,则系统输出就能以零稳态误差跟踪参考输入信号[21].

    基于此,并利用简单的通信网络,能够使孤岛微电网恢复参考运行状态,并保证各DG按照下垂系数分配有功功率.

    图1  基于分布式多代理系统的微电网基本结构基于分布式多代理系统的微电网基本结构结论本文针对基于下垂控制的孤岛型微电网的电压和频率调节问题提出一种基于分布式多代理系统的协调二次控制策略.通过内模设计原理对分布式控制器进行了设计.利用简单的通信网络,能够避免对集中控制器的依赖而在分布式电源本地控制层级实现电压和频率二次调节功能,使系统恢复参考运行状态,同时保证有功功率分配的准确性.

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