基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统领域，涉及一种基于混成系统理论的微电网并网控制方法。
【背景技术】
[0002]微电网并网运行是提高分布式发电效能的最有效措施，高性能的并网控制策略是保障微电网并网运行的基础。微电网作为电力系统的新兴电网，其多样化形式的非确定性分布式发电带来了电力的生产、传输和使用过程的复杂多变，使得微电网并网系统呈现出显著的不确定性、非线性和非纯一性，成为包含离散事件和连续变量动态行为及其相互作用的混成系统，难以用反映连续行为的微分方程来描述，增加了微电网并网控制过程的复杂性。
[0003]现有的基于连续时间系统连续动态模型的微电网并网控制方法，其最大优势是能够对被控系统采用经典的微分数学方法进行建模。然而，由于用于微电网并网的电力电子变流器并网功率接口的工作机理是典型的开关行为，其电力电子器件的开通与关断为离散事件行为，开关状态确定后的电路工作模态为连续变量行为，由于微电网中的分布式电源出力存在很大的随机性和间歇性，既有离散事件行为，又有连续变量行为，由于微电网调度管理是典型的决策行为，其操作指令的发布过程是明显的离散事件行为，其决策指令执行后的微电网工作过程是包含有连续变量行为。这些离散事件行为和连续变量行为并不是彼此孤立的，还是相互影响、相互作用的，因此，微电网并网系统含有离散事件行为和连续变量及其相互作用，存在明显的不确定性、非线性和非纯一性，是典型的混成系统。现有的基于连续时间系统连续动态模型的微电网并网控制方法，本质上忽略了功率器件的开关特性，忽略了分布式电源出力的随机性和间歇性特性，忽略了微电网调度管理是典型的决策特性，使用单一的连续行为模式来近似非纯一的混成行为模式，在这种简化的模型上设计控制器有较大的局限性，无法客观反映微电网并网运行的变化规律，控制效果在原理上只能趋近而不能完全一致，总是存在不可控成分。
[0004]鉴于现有的基于连续时间系统连续动态模型的微电网并网控制方法的上述不足，本发明提出一种基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法，采用能充分、真实、全程、精细地反映微电网并网运行行为特征的混成递阶层次结构模型，不仅可以增强微电网中分布式电源并网的灵活性，而且可以提高微电网并网功率接口的工作特性，消除微电网和主电网之间的电能质量污染，实现微电网友好并网，使微电网成为改善主电网的电能质量、供电可靠性、运行安全性的有效支撑。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是一种更能充分、真实、全程、精细地反映微电网并网运行行为特征的高效方法，克服现有的基于连续时间系统连续动态模型的微电网并网控制方法的不足，解决现有微电网并网控制方法因使用单一的连续行为模式来近似非纯一的混成行为模式而产生的在控制原理上只能趋近而不能完全一致、总是存在不可控成分的技术问题。
[0006]本发明基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法，对微电网并网运行采用决策、协调、执行三级混成递阶单元进行控制，决策单元以离散事件驱动为主，连续变量驱动为辅，协调单元中既有大量的离散事件驱动，也有大量的连续变量驱动，执行单元以离散事件驱动为主，连续变量驱动为辅。
[0007]本发明中的基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法的包括决策单元控制算法、协调单元控制算法和执行单元控制算法。
[0008]本发明中的基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法的决策单元控制算法包括微电网有功调度、微电网无功调度、一级公共连接点(PCC点)电能质量调节调度、微电网并网调度、微电网孤岛调度。
[0009]本发明中的基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法的协调单元控制算法包括分布式电源有功调度、分布式电源无功调度、二级PCC点电能质量调节调度、分布式电源并网调度、分布式电源孤岛调度、一级PCC点并网接口输出有功控制、一级PCC点并网接口输出无功控制、一级PCC点并网接口输出电能质量控制、一级PCC点并网接口输出综合控制、一级PCC点连接控制、一级PCC点断开控制。
[0010]本发明中的基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法的执行单元控制算法包括二级PCC点并网接口输出有功控制、二级PCC点并网接口输出无功控制、二级PCC点并网接口输出电能质量控制、二级PCC点并网接口输出综合控制、二级PCC点连接控制、二级PCC点断开控制。
[0011 ] 本发明中的基于混成递阶层次结构模型的微电网并网控制方法的控制算法的具体算法步骤如下:
第一步:微电网并网调度算法根据离散输入X1、决策离散系统状态参数G1、协调离散系统输入的离散信息S211以及决策连续系统映射fl，给出微电网并网操作指令集jl ；第二步:微电网孤岛调度算法根据离散输入X1、决策离散系统状态参数G1、协调离散系统输入的离散信息S211以及决策连续系统映射Π，给出微电网孤岛操作指令集kl ；
微电网并网操作指令集jl和微电网孤岛操作指令集kl构成决策离散系统的离散输出
Yl;
第三步:微电网有功调度算法根据连续输入I1、决策连续系统状态参数H1、协调连续系统输入的连续信息r211以及决策离散系统映射el，计算出微电网有功容量出力集Pl ；第四步:微电网无功调度算法根据连续输入I1、决策连续系统状态参数H1、协调连续系统输入的连续信息r211以及决策离散系统映射el，计算出微电网无功容量出力集Ql ；第五步:一级PCC点电能质量调节调度算法根据连续输入I1、决策连续系统状态参数Hl、协调连续系统输入的连续信息r211以及决策离散系统映射el，计算出一级PCC点的电压电能质量出力UEl与电流容量电能质量出力集IEl ；
有功容量出力集P1、无功容量出力集Ql和电压电能质量出力UEl与电流容量电能质量出力集IEl构成决策连续系统的连续输出01 ；
第六步:分布式电源并网调度算法根据离散输入X21、协调离散系统状态参数G21、决策离散系统输入的离散信息sl21、执行离散系统输入的离散信息S31121以及协调连续系统映射f21，给出分布式电源并网操作指令j21集；
第七步:分布式电源孤岛调度算法根据离散输入X21、协调离散系统状态参数G21、决策离散系统输入的离散信息sl21、执行离散系统输入的离散信息S31121以及协调连续系统映射f21，给出分布式电源孤岛操作指令集k21 ；
第八步:一级PCC点连接控制算法根据离散输入X21、协调离散系统状态参数G21、决策离散系统输入的离散信息sl21、执行离散系统输入的离散信息s31121、协调连续系统映射f21以及决策离散系统输出的微电网并网操作指令集jl，进行微电网并网接口投入并网的控制操作，并输出并网操作状态集L21 ；
第九步:一级PCC点断开控制算法根据离散输入X21、协调离散系统状态参数G21、决策离散系统输入的离散信息sl21、执行离散系统输入的离散信息S31121、协调连续系统映射f21以及决策离散系统输出的微电网孤岛操作指令集kl，进行微电网并网接口退出并网的控制操作集，输出孤岛操作状态集M21 ；
分布式电源启动操作指令k21、分布式电源停操作指令集j21以及并网操作状态集L21、孤岛操作状态集M21构成协调离散系统的离散输出Y21 ；
第十步:分布式电源有功调度算法根据连续输入121、协调连续系统状态参数H21、决策连续系统输入的连续信息rl21、执行连续系统输入的连续信息r31121以及协调离散系统映射e21，计算出分