本發(fā)明屬于交流微電網(wǎng)分布式控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可再生能源對(duì)未來(lái)微電網(wǎng)(mg，micro-grid)的吸引力越來(lái)越大，人們對(duì)環(huán)境友好、可擴(kuò)展性和靈活性的需求越來(lái)越大。隨著新能源發(fā)電得到迅速發(fā)展，以光伏、風(fēng)機(jī)等為代表的分布式發(fā)電(dg，distributed?generation)具有污染少、可靠性高、能源效率高、傳輸成本低、安裝位置靈活等優(yōu)點(diǎn)。然而，大量分布式電源直接接入微電網(wǎng)會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性造成很大的影響，嚴(yán)重影響微電網(wǎng)的潮流分配、功率共享和繼電保護(hù)等。因此，如何維持微電網(wǎng)高效安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行成為了未來(lái)微電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展必須要解決的課題。

2、現(xiàn)有針對(duì)交流微電網(wǎng)的研究大多是針對(duì)單一mg系統(tǒng)，然而在一些極端情況下，如主電網(wǎng)故障和自然災(zāi)害，單個(gè)mg系統(tǒng)可能無(wú)法確?？煽窟\(yùn)行。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和彈性，一個(gè)可行的解決方案是將一定區(qū)域內(nèi)的mg互聯(lián)起來(lái)，形成網(wǎng)絡(luò)化的微電網(wǎng)(nmg，network?microgrid)系統(tǒng)。nmg系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景包括含住宅微電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)、建筑微電網(wǎng)社區(qū)、含海港和船上微電網(wǎng)的海上電力系統(tǒng)等。nmg系統(tǒng)可以根據(jù)其電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分類(lèi)，如電壓等級(jí)、電流類(lèi)型、連接方式等。

3、此外，邊緣代理在分布式交流微電網(wǎng)中的應(yīng)用可以?xún)?yōu)化能源管理、提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，有助于推動(dòng)分布式能源的就地消納和可持續(xù)發(fā)展。

4、一些學(xué)者在交流微電網(wǎng)分布式控制策略進(jìn)行了探索，提出了許多不同的控制概念，主要分為三種：(1)有功和無(wú)功功率(pq)控制；(2)電壓和頻率(v/f)控制；(3)下垂控制。其中，pq控制主要應(yīng)用在交流微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的場(chǎng)景下。v/f控制是一種開(kāi)環(huán)控制方式，旨在通過(guò)調(diào)節(jié)輸出將電網(wǎng)的電壓和頻率保持在指定值，但其控制精度較低。下垂控制是一種閉環(huán)控制策略，通過(guò)模擬傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的下垂特性來(lái)調(diào)節(jié)交流微電網(wǎng)的電壓和頻率，控制精度高，適合精確功率分配和協(xié)調(diào)控制的微電網(wǎng)環(huán)境，但是會(huì)帶來(lái)頻率和電壓偏差問(wèn)題。為了確保nmg的靈活穩(wěn)定運(yùn)行，一些學(xué)者將單一mg控制框架應(yīng)用于nmg系統(tǒng)，提出了兩層分布式控制方案，但沒(méi)有研究與上層優(yōu)化調(diào)度的協(xié)調(diào)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提出一種基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本技術(shù)提出一種基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制方法，包括：

3、對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的每個(gè)微電網(wǎng)建立邊緣代理，每個(gè)邊緣代理中包含：主進(jìn)程、二級(jí)進(jìn)程和三級(jí)進(jìn)程，所述網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)，每個(gè)微電網(wǎng)包括多個(gè)分布式發(fā)電單元；

4、在三級(jí)進(jìn)程中，采用交變方向乘法器算法以最小化網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的總無(wú)功功率損耗為目標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，得到每個(gè)微電網(wǎng)的有功功率參考值以及無(wú)功功率參考值，并發(fā)送至二級(jí)進(jìn)程；

5、在二級(jí)進(jìn)程中，根據(jù)本地測(cè)量信號(hào)、來(lái)自相鄰微電網(wǎng)的測(cè)量信號(hào)以及來(lái)自三級(jí)進(jìn)程中的有功功率參考值和無(wú)功功率參考值，采用多智能體共識(shí)算法進(jìn)行分布式一致性控制，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的頻率恢復(fù)、公共耦合點(diǎn)電壓恢復(fù)以及微電網(wǎng)之間的任意功率共享，將計(jì)算得到的電壓控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)發(fā)送到主進(jìn)程中的下垂控制器中；

6、在主進(jìn)程中，對(duì)每個(gè)微電網(wǎng)采取下垂控制，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，根據(jù)來(lái)自二級(jí)進(jìn)程中的電壓控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)，計(jì)算得到電壓參考值和頻率參考值，并將電壓參考值和頻率參考值發(fā)送到發(fā)電單元的下垂控制器中；

7、對(duì)單個(gè)微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元采用下垂控制，再進(jìn)行二次線(xiàn)性控制，以跟蹤所述主進(jìn)程中饋入的電壓參考值和頻率參考值，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電單元的頻率恢復(fù)、電壓恢復(fù)以及多個(gè)發(fā)電單元之間的有功功率分配、無(wú)功功率分配。

8、所述基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制方法，還包括：針對(duì)相鄰微電網(wǎng)的通信設(shè)置觸發(fā)函數(shù)，在觸發(fā)函數(shù)的值滿(mǎn)足預(yù)設(shè)閾值的情況下，獲取相鄰微電網(wǎng)的電壓狀態(tài)和頻率狀態(tài)，用于更新本地微電網(wǎng)的電壓狀態(tài)和頻率狀態(tài)，同時(shí)向鄰居微電網(wǎng)傳播本地微電網(wǎng)的電壓狀態(tài)和頻率的狀態(tài)。

9、所述觸發(fā)函數(shù)，計(jì)算式如下：

10、

11、其中，fi(t)為第i個(gè)微電網(wǎng)的第t時(shí)刻的觸發(fā)函數(shù)，σi為第一設(shè)置系數(shù)，αi為第二設(shè)置系數(shù)，并且0＜σi＜1，0＜αi＜1/di，di為第i個(gè)微電網(wǎng)的入度，ζavg,i為第i個(gè)微電網(wǎng)電壓的均值或頻率的均值，ei(t)為測(cè)量誤差，計(jì)算式如下：

12、

13、其中，ei(t)為第i個(gè)微電網(wǎng)在第t時(shí)刻的測(cè)量誤差，為第i個(gè)微電網(wǎng)在第t時(shí)刻的測(cè)量值，即電壓和頻率，為第i個(gè)微電網(wǎng)的第tk時(shí)刻的測(cè)量值，tk+1為第tk+1時(shí)刻，tk為第tk時(shí)刻。

14、所述采用交變方向乘法器算法以最小化網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的總無(wú)功功率損耗為控制目標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，得到每個(gè)微電網(wǎng)的有功功率參考值以及無(wú)功功率參考值，包括：

15、以最小化網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的總無(wú)功功率損耗為控制目標(biāo)建立最優(yōu)潮流問(wèn)題；

16、根據(jù)母線(xiàn)的數(shù)量，將最優(yōu)潮流問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題；

17、求解各個(gè)子問(wèn)題，得到每個(gè)微電網(wǎng)的有功功率參考值以及無(wú)功功率參考值，并發(fā)送至二級(jí)進(jìn)程。

18、所述在二級(jí)進(jìn)程中，根據(jù)本地測(cè)量信號(hào)、來(lái)自相鄰微電網(wǎng)的測(cè)量信號(hào)以及來(lái)自三級(jí)進(jìn)程中的有功功率參考值和無(wú)功功率參考值，采用多智能體共識(shí)算法進(jìn)行分布式一致性控制，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的頻率恢復(fù)、公共耦合點(diǎn)電壓恢復(fù)以及微電網(wǎng)之間的任意功率共享，將計(jì)算得到的電壓控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)發(fā)送到主進(jìn)程中的下垂控制器中，包括：

19、根據(jù)每個(gè)微電網(wǎng)本地的頻率測(cè)量信號(hào)、有功功率測(cè)量信號(hào)、來(lái)自相鄰微電網(wǎng)的頻率測(cè)量信號(hào)和有功功率測(cè)量信號(hào)以及來(lái)自三級(jí)進(jìn)程中的有功功率參考值，采用多智能體共識(shí)算法對(duì)每個(gè)微電網(wǎng)的頻率進(jìn)行分布式一致性控制，得到頻率控制信號(hào)，計(jì)算式如下：

20、

21、其中，為微電網(wǎng)mgi的頻率控制信號(hào)，n為微電網(wǎng)總數(shù)量，gi為mgi的釘扎增益，mgi代表本地微電網(wǎng)，mgj代表相鄰微電網(wǎng)，aij為本地微電網(wǎng)mgi與相鄰微電網(wǎng)mgj的加權(quán)鄰接矩陣，為本地微電網(wǎng)mgi的有功功率參考值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的有功功率參考值，為調(diào)節(jié)mgi有功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)mgj有功功率的下垂系數(shù)，為本地微電網(wǎng)mgi的頻率測(cè)量值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的頻率測(cè)量值，為本地微電網(wǎng)mgi的有功功率測(cè)量值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的有功功率測(cè)量值，為更新后的本地微電網(wǎng)mgi的頻率控制信號(hào)。

22、根據(jù)每個(gè)微電網(wǎng)本地的電壓信號(hào)測(cè)量信號(hào)、無(wú)功功率測(cè)量信號(hào)和來(lái)自相鄰微電網(wǎng)的電壓信號(hào)測(cè)量信號(hào)、無(wú)功功率測(cè)量信號(hào)以及來(lái)自三級(jí)進(jìn)程中的無(wú)功功率參考值，采用多智能體共識(shí)算法對(duì)每個(gè)微電網(wǎng)的電壓進(jìn)行分布式一致性控制，得到電壓控制信號(hào)，計(jì)算式如下：

23、

24、其中，為微電網(wǎng)mgi的電壓控制信號(hào)，n為微電網(wǎng)總數(shù)量，mgi代表本地微電網(wǎng)，mgj代表相鄰微電網(wǎng)，aij為本地微電網(wǎng)mgi與相鄰微電網(wǎng)mgj的加權(quán)鄰接矩陣，為本地微電網(wǎng)mgi的無(wú)功功率參考值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的無(wú)功功率參考值，v*為電壓標(biāo)準(zhǔn)值，為調(diào)節(jié)mgi無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)mgj無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為相鄰微電網(wǎng)mgj的電壓控制信號(hào)，為本地微電網(wǎng)mgi無(wú)功功率的測(cè)量值，為相鄰微電網(wǎng)mgj無(wú)功功率的測(cè)量值，vpcc為公共耦合點(diǎn)電壓，為更新后的本地微電網(wǎng)mgi的電壓控制信號(hào)。

25、所述在二級(jí)進(jìn)程中，采用多智能體共識(shí)算法進(jìn)行分布式一致性控制，微電網(wǎng)的頻率和公共耦合電壓將收斂到標(biāo)準(zhǔn)值，表達(dá)式如下：

26、

27、

28、

29、

30、其中，ω*為頻率標(biāo)準(zhǔn)值，v*為電壓標(biāo)準(zhǔn)值，為t時(shí)刻本地微電網(wǎng)mgi的頻率，vpcc為公共耦合點(diǎn)電壓，為調(diào)節(jié)mgj有功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)mgi有功功率的下垂系數(shù)，為t時(shí)刻相鄰微電網(wǎng)mgj有功功率的測(cè)量值，為t時(shí)刻本地微電網(wǎng)mgi有功功率的測(cè)量值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的有功功率參考值，為本地微電網(wǎng)mgi的有功功率參考值，為調(diào)節(jié)mgj無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)mgi無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為t時(shí)刻相鄰微電網(wǎng)mgj無(wú)功功率的測(cè)量值，為t時(shí)刻本地微電網(wǎng)mgi無(wú)功功率的測(cè)量值，為本地微電網(wǎng)mgi的無(wú)功功率參考值，為相鄰微電網(wǎng)mgj的無(wú)功功率參考值。

31、所述在主進(jìn)程中，對(duì)每個(gè)微電網(wǎng)采取下垂控制，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，計(jì)算式如下：

32、

33、

34、其中，ω*為頻率標(biāo)準(zhǔn)值，v*為電壓標(biāo)準(zhǔn)值，為來(lái)自二級(jí)進(jìn)程的頻率控制信號(hào)；為來(lái)自二級(jí)進(jìn)程的電壓控制信號(hào)；為調(diào)節(jié)mgi有功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)mgi無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為微電網(wǎng)mgi的頻率計(jì)算值，作為發(fā)送到分布式發(fā)電單元的頻率參考值，作為二級(jí)進(jìn)程中頻率測(cè)量值，為微電網(wǎng)mgi的電壓計(jì)算值，作為發(fā)送到分布式發(fā)電單元的電壓參考值，作為二級(jí)進(jìn)程中電壓測(cè)量值，為微電網(wǎng)mgi有功功率的測(cè)量值，為微電網(wǎng)mgi無(wú)功功率的測(cè)量值。

35、所述對(duì)單個(gè)微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元采用下垂控制，計(jì)算式如下：

36、

37、

38、其中，為發(fā)電單元的頻率計(jì)算值，為發(fā)電單元的電壓計(jì)算值，為來(lái)自微電網(wǎng)mgi的頻率參考值，為來(lái)自微電網(wǎng)mgi的電壓參考值，為調(diào)節(jié)發(fā)電單元dgk有功功率的下垂系數(shù)，為調(diào)節(jié)發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的下垂系數(shù)，其范圍分別為：

39、

40、

41、其中，為控制發(fā)電單元的最大頻率，為控制發(fā)電單元的最小頻率，為發(fā)電單元dgk有功功率的最大值，為發(fā)電單元dgk有功功率的最小值，為發(fā)電單元dgk的電壓的最大值，為發(fā)電單元dgk的電壓的最小值，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的最大值，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的最小值。

42、所述再進(jìn)行二次線(xiàn)性控制，為對(duì)分布式發(fā)電單元再進(jìn)行二次線(xiàn)性控制，計(jì)算式如下：

43、

44、

45、

46、

47、其中，為微電網(wǎng)mgi中發(fā)電單元dgk和發(fā)電單元dgh之間的通信系數(shù)，若發(fā)電單元dgk和發(fā)電單元dgh之間存在鏈路，則否則為微電網(wǎng)mgi中發(fā)電單元dgk的牽制增益，若發(fā)電單元dgk能直接接收和則否則為發(fā)電單元dgk的頻率計(jì)算值，為控制發(fā)電單元dgh的頻率計(jì)算值，調(diào)節(jié)發(fā)電單元dgk有功功率的下垂系數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電單元dgh有功功率的下垂系數(shù)，為發(fā)電單元dgk有功功率的測(cè)量值，為發(fā)電單元dgk的頻率控制信號(hào)，為微電網(wǎng)mgi中發(fā)電單元的總數(shù)量，為發(fā)電單元dgh有功功率的測(cè)量值，為發(fā)電單元dgk的電壓計(jì)算值，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的測(cè)量值，為發(fā)電單元dgk的電壓控制信號(hào)，為發(fā)電單元dgh的電壓控制信號(hào)，為來(lái)自微電網(wǎng)mgi的頻率參考值，為來(lái)自微電網(wǎng)mgi的電壓參考值，為發(fā)電單元dgk的電壓計(jì)算值，為發(fā)電單元dgh無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為發(fā)電單元dgh無(wú)功功率的測(cè)量值，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的測(cè)量值，為發(fā)電單元dgk無(wú)功功率的下垂系數(shù)，為分布式發(fā)電單元dgk更新后的頻率控制信號(hào)；為分布式發(fā)電單元dgk更新后的電壓控制信號(hào)。

48、第二方面，本技術(shù)提出一種基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)，包括：邊緣代理模塊、三級(jí)進(jìn)程模塊、二級(jí)進(jìn)程模塊、主進(jìn)程模塊以及單個(gè)微電網(wǎng)控制模塊，所述邊緣代理模塊分別與三級(jí)進(jìn)程模塊、二級(jí)進(jìn)程模塊、主進(jìn)程模塊相連接，所述三級(jí)進(jìn)程模塊與二級(jí)進(jìn)程模塊相連接，所述二級(jí)進(jìn)程模塊與主進(jìn)程模塊相連接，所述主進(jìn)程模塊與單個(gè)微電網(wǎng)控制模塊相連接；

49、邊緣代理模塊，用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的每個(gè)微電網(wǎng)建立邊緣代理，每個(gè)邊緣代理中包含：主進(jìn)程、二級(jí)進(jìn)程和三級(jí)進(jìn)程，所述網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)，每個(gè)微電網(wǎng)包括多個(gè)分布式發(fā)電單元；

50、三級(jí)進(jìn)程模塊，用于在三級(jí)進(jìn)程中，采用交變方向乘法器算法以最小化網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)中的總無(wú)功功率損耗為目標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，得到每個(gè)微電網(wǎng)的有功功率參考值以及無(wú)功功率參考值，并發(fā)送至二級(jí)進(jìn)程；

51、二級(jí)進(jìn)程模塊，用于在二級(jí)進(jìn)程中，根據(jù)本地測(cè)量信號(hào)、來(lái)自相鄰微電網(wǎng)的測(cè)量信號(hào)以及來(lái)自三級(jí)進(jìn)程中的有功功率參考值和無(wú)功功率參考值，采用多智能體共識(shí)算法進(jìn)行分布式一致性控制，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的頻率恢復(fù)、公共耦合點(diǎn)電壓恢復(fù)以及微電網(wǎng)之間的任意功率共享，將計(jì)算得到的電壓控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)發(fā)送到主進(jìn)程中的下垂控制器中；

52、主進(jìn)程模塊，用于在主進(jìn)程中，對(duì)每個(gè)微電網(wǎng)采取下垂控制，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，根據(jù)來(lái)自二級(jí)進(jìn)程中的電壓控制信號(hào)和頻率控制信號(hào)，計(jì)算得到電壓參考值和頻率參考值，并將電壓參考值和頻率參考值發(fā)送到發(fā)電單元的下垂控制器中；

53、單個(gè)微電網(wǎng)控制模塊，用于對(duì)單個(gè)微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元采用下垂控制，再進(jìn)行二次線(xiàn)性控制，以跟蹤所述主進(jìn)程中饋入的電壓參考值和頻率參考值，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電單元的頻率恢復(fù)、電壓恢復(fù)以及多個(gè)發(fā)電單元之間的有功功率分配、無(wú)功功率分配。

54、有益效果：

55、本技術(shù)提出一種基于多進(jìn)程的微電網(wǎng)分布式控制方法及系統(tǒng)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)(nmg)系統(tǒng)，采用分層控制的思想進(jìn)行多個(gè)進(jìn)程下的協(xié)調(diào)控制。微電網(wǎng)之間能夠有效進(jìn)行電壓頻率恢復(fù)以及功率合理分配，避免了頻率和電壓偏差的問(wèn)題，同時(shí)解決了系統(tǒng)最優(yōu)潮流下的優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。在滿(mǎn)足控制要求的基礎(chǔ)上，事件觸發(fā)機(jī)制的設(shè)計(jì)能夠減小通信次數(shù)和節(jié)約通信資源。