一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多微電網(wǎng)控制領(lǐng)域，尤其涉及基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電網(wǎng)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，不同區(qū)域的微電網(wǎng)之間通過信息和能量交互 而形成的多微網(wǎng)系統(tǒng)日益受到人們關(guān)注。多微網(wǎng)系統(tǒng)能量的管理不僅要在滿足電網(wǎng)約束 條件下實(shí)現(xiàn)單個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)能量的優(yōu)化管理，同時(shí)要協(xié)調(diào)能量在多微電網(wǎng)間的優(yōu)化流動(dòng)和利 用，實(shí)現(xiàn)能量管理的全局優(yōu)化。
[0003] 由于模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control, MPC)具有處理約束和系統(tǒng)不 確定性、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化等特點(diǎn)，為微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理提供了可靠的控制策略。本文 考慮的多微電網(wǎng)系統(tǒng)中，每個(gè)微電網(wǎng)均包括以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等為代表的新能源供 電，以微型燃?xì)廨啓C(jī)供電為代表的傳統(tǒng)供電，以及新型的電力汽車和家庭用電的電力負(fù) 荷，這些設(shè)備通過一個(gè)集成的中央控制器協(xié)調(diào)控制。微電網(wǎng)中分布式電源的協(xié)調(diào)控制問 題非常復(fù)雜，從已有的參考文獻(xiàn)看，有如下幾種主要的控制策略：（1)主從站控制；（2)負(fù) 荷、頻率二次控制；（3)聯(lián)絡(luò)線（tie line)控制；文獻(xiàn) Defining control strategies for microgrids islanded operation (PECAS LOPES J A, MOREIRA C L, MADUREIRA A G. Defining control strategies for microgrids islanded operation [J].IEEE Transactions on Power Systems, 2006, 21 (2) :916-924.)提出了一種主從站控制策略一 個(gè)電壓源變換器（VSI)作為主站，在主電網(wǎng)失電的時(shí)候，提供電壓參考，其他逆變器運(yùn)行 在P-Q模式（從站）。本地微電源控制器可接收來自微電網(wǎng)中央控制器（MGCC)的信息，根 據(jù) MGCC 信息控制相應(yīng)的微電源。文獻(xiàn) Control strategies for micro grids emergency operation(LOPES J, MOREIRA C, MADUREIRA A, Control strategies for micro grids emergency operation[C]//International Conference on Future Power Systems. Amsterdam, Netherlands, 2005:1-6.)提出了負(fù)荷、頻率二次控制策略。孤島時(shí)，存儲(chǔ)單元相 當(dāng)于同步發(fā)電機(jī)，采用二次控制恢復(fù)電壓和頻率。原動(dòng)機(jī)的無功功率目標(biāo)值根據(jù)頻率偏差 來確定。文獻(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的多微網(wǎng)系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制策略中提出聯(lián)絡(luò)線（tie line)控 制策略，連絡(luò)線（tie line)這里指微電網(wǎng)和主網(wǎng)之間連接饋線，聯(lián)絡(luò)線控制管理連接點(diǎn)饋 線的潮流和電壓，通過協(xié)調(diào)微電網(wǎng)中各分布式電源，如發(fā)電機(jī)、能量存儲(chǔ)設(shè)備及可控負(fù)荷， 使微電網(wǎng)從連接點(diǎn)來看，是一個(gè)可分離的整體，即微電網(wǎng)能管理自己內(nèi)部的功率并與電網(wǎng) 進(jìn)行交換，對(duì)連接點(diǎn)的電壓提供支持，允許微電網(wǎng)成為獨(dú)立運(yùn)行實(shí)體，可用來補(bǔ)償某些新能 源的間歇性。
[0004] 考慮到多微電網(wǎng)間的能量流動(dòng)和相互關(guān)聯(lián)，為了降低能量管理優(yōu)化問題的復(fù)雜 度，同時(shí)保證系統(tǒng)整體性能最優(yōu)，本文提出基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，該控制方 法可以通過對(duì)多個(gè)子微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)的功率交換，使功率滿足調(diào) 節(jié)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)上述控制方法存在的不足，針對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的多微電網(wǎng)系 統(tǒng)提供一種不僅可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)子微網(wǎng)的供求平衡，同時(shí)減少可控供電的使用，降低供電成 本的控制方法。
[0006] 一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其步驟是：
[0007] (1)建立子微網(wǎng)預(yù)測(cè)模型及多微網(wǎng)預(yù)測(cè)控制優(yōu)化模型；
[0008] 設(shè)定多微網(wǎng)由N個(gè)子微網(wǎng)51組成（i = 1，2....，N)，選取預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)镻，優(yōu)化時(shí)域 為M(P多M)。對(duì)于每個(gè)子微網(wǎng)Si，預(yù)測(cè)模型描述為，
[0009] Xj (k+1) =AjXj(k) +BiUi (k) +AiJVi (k)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 建立子微網(wǎng)預(yù)測(cè)模型及多微網(wǎng)預(yù)測(cè)控制優(yōu)化模型； (2) 設(shè)定初始的迭代步數(shù)h、迭代步長(zhǎng)ai，k時(shí)刻每個(gè)子微網(wǎng)的拉格朗日協(xié)調(diào)因子 4⑷，i = 1~N，N為子微網(wǎng)個(gè)數(shù)； (3) 通過多微網(wǎng)的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化模型迭代求解拉格朗日協(xié)調(diào)因子最優(yōu)值； (4) 根據(jù)上一步所求拉格朗日協(xié)調(diào)因子最優(yōu)值求解各子微網(wǎng)與配電網(wǎng)的交換功率參考 值，并根據(jù)交換功率參考值調(diào)節(jié)各子微網(wǎng)的功率輸出； (5) 滾動(dòng)移位至下一時(shí)刻k = k+Ι，設(shè)定k時(shí)刻每個(gè)子微網(wǎng)的拉格朗日協(xié)調(diào)因子最優(yōu)值 為k+Ι時(shí)刻每個(gè)子微網(wǎng)的拉格朗日協(xié)調(diào)因子初始值，返回步驟（3)，重復(fù)步驟（3)和 ⑷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于步 驟（1)中，設(shè)定多微網(wǎng)由N個(gè)子微網(wǎng)Si組成，i = 1~N，選取預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)镻，優(yōu)化時(shí)域?yàn)镸， P彡M，對(duì)于每個(gè)子微網(wǎng)Si，預(yù)測(cè)模型描述為， Xi (k+1) = AiXi (k) +BiUi (k) +AijVi (k)
其中，UiQO = [Ui(IiIk) ujk+llk) ... ι^(1?+Ρ-?|?〇]τ; Xi (k+1) = [Xi (k+11 k) Xi (k+2 I k)…Xi (k+P I k) ]τ; Vi (k) = [Vi(k|k) Vi (k+11 k) ... Vi (k+P-11 k) ]T； Ui (k)為k時(shí)刻預(yù)測(cè)的子微網(wǎng)51在k時(shí)刻及以后各個(gè)時(shí)刻可控的傳統(tǒng)供電輸出功率， ViGO為子微網(wǎng)51在1^時(shí)刻及之后各個(gè)時(shí)刻受其它子微網(wǎng)影響的動(dòng)態(tài)影響值，Xi (k+Ι)為基 于k時(shí)刻的預(yù)測(cè)值所求出的子微網(wǎng)5,在k+Ι時(shí)刻及之后各個(gè)時(shí)刻的新能源輸出功率與負(fù) 荷功率的差值，為子微網(wǎng)S 1在k時(shí)刻與其他子微網(wǎng)的能量流動(dòng)比例系數(shù)，A i表示子微網(wǎng) 內(nèi)部各狀態(tài)變量之間的關(guān)聯(lián)情況，BjP A u表示輸入變量對(duì)各狀態(tài)變量的影響； 于是，多微網(wǎng)的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化模型如下：
其中Qi與R i分別是子微網(wǎng)S i的狀態(tài)和輸入的權(quán)矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于步驟 (3)中，在預(yù)測(cè)控制優(yōu)化模型J (k)中引入拉格朗日乘子IiU),組成拉格朗日函數(shù)，
其中，lu) = [4(々I々)，..為(戶-A)J，（i乒j，i，j = i，...N)為拉格朗日乘子， 且子微網(wǎng)Si拉格朗日函數(shù)
N 若選取拉格朗日乘子j m作為協(xié)調(diào)因子，則min /(々）ο Σ min Σ矣⑷， 該式表示兩層遞階結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，內(nèi)層是關(guān)于UiGO與ViGO的二次規(guī)劃，僅與拉格朗日 協(xié)調(diào)因子·&(々)有關(guān)；外層是關(guān)于拉格朗日協(xié)調(diào)因子的優(yōu)化，首先固定拉格朗日因子 毛⑷，i = 1~N，則每個(gè)子微網(wǎng)內(nèi)層的優(yōu)化LiGO可全分散、并行地求解；然后，利用內(nèi)層 優(yōu)化的最優(yōu)解對(duì)拉格朗日協(xié)調(diào)因子進(jìn)行改進(jìn)，
其中，迭代步長(zhǎng)α i是根據(jù)梯度上升算法收斂速度而適當(dāng)選取的；h是迭代的步數(shù)； i/u)是子微網(wǎng)Si迭代h步時(shí)的拉格朗日協(xié)調(diào)因子；反復(fù)迭代求解出滿足條件的最優(yōu)拉格 朗日協(xié)調(diào)因子；在迭代求解最優(yōu)拉格朗日協(xié)調(diào)因子過程中，子微網(wǎng)Si的最優(yōu)解僅依賴于其 它子微網(wǎng)在當(dāng)前時(shí)刻的信息，而這些信息可通過子微網(wǎng)間的實(shí)時(shí)通信獲得，于是子微網(wǎng)便 能獨(dú)立、并行地求解各自的優(yōu)化；每個(gè)子微網(wǎng)有一個(gè)獨(dú)立的拉格朗日協(xié)調(diào)因子它受 狀態(tài)變量Xi (k)的影響；當(dāng)狀態(tài)變量Xi (k)改變時(shí)，基于拉格朗日協(xié)調(diào)因子^⑷啲協(xié)調(diào)作 用，通過調(diào)整UiGO和\〇〇來補(bǔ)償XiGO的變化，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與供電端的能量互動(dòng)及微電網(wǎng) 間的能量互動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于步 驟（4)中，子微網(wǎng)Si與配電網(wǎng)的交換功率參考值為： AP(k) = Pref(k)-P(k)
其中P(k)表示k時(shí)刻整個(gè)多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的總交換功率，PMf(k)表示k時(shí)刻整個(gè)多微 網(wǎng)與配電網(wǎng)的總交換功率參考值，ΔΡ〇〇表示k時(shí)刻整個(gè)多微網(wǎng)與配電網(wǎng)的總交換功率與 參考值的差值，Pi_Mf (k)表示子微網(wǎng)Si與配電網(wǎng)的交換功率參考值，Iii表示比例積分控制 器的積分系數(shù)，k p表示比例積分控制器的比例系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于預(yù)測(cè)控制的多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法。該方法首先利用對(duì)偶分解方法將多微網(wǎng)系統(tǒng)分解成多個(gè)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的子微網(wǎng)系統(tǒng)；然后引入拉格朗日協(xié)調(diào)因子將問題轉(zhuǎn)化為針對(duì)每個(gè)子微網(wǎng)兩層遞階優(yōu)化問題，分散求解；最后利用梯度迭代算法進(jìn)行協(xié)調(diào)，得到各個(gè)子微網(wǎng)的功率參考值，經(jīng)過收發(fā)信模塊為各個(gè)子微網(wǎng)提供功率參考值信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。該控制方法能夠充分利用多個(gè)子微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)的功率交換，使饋線功率滿足調(diào)節(jié)要求，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的多微網(wǎng)之間的群組協(xié)調(diào)控制。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號(hào)】CN104659812
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050905
【發(fā)明人】楊蘋, 王燦, 許志榮, 朱智麟, 李鵬, 郭曉斌, 許愛東, 雷金勇, 喻磊
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月31日