基于有限时间一致性的孤岛微电网分布式协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电网运行控制领域，具体来说，设及一种基于有限时间一致性的孤 岛微电网分布式协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 能源是经济社会发展的基础和动力。在过去的一百多年，传统能源，如煤炭、石油、 天然气等的开发带来了人类社会的巨大进步。但随着世界工业和经济的继续发展，传统能 源的储量耗尽问题W及伴随能源利用产生的生态环境问题使得学者逐渐将能源发展的视 角转向W风光为主的可再生能源，W期恢复和建立生态友好的生存环境，维持人类社会的 可持续发展。
[0003] 目前，可再生能源的利用主要W风能和太阳能为主，W分布式发电为主要形式，发 展迅速。2015年国内新增风电装机容量3050万千瓦，同比上升31.5%;累计装机1.45亿千 瓦，同比上升26.6%。为了提高可再生能源的利用效率，加快可再生能源的分布式消纳，微 电网作为一种组织分布式发电单元和负荷的独立系统得到广泛的研究和实践。由于风光等 可再生能源受自然条件的影响较大，具有一定的间歇性和随机性，加之微电网中的电源大 多W电力电子器件接入，具有惯性小的特点，运对微电网频率和电压的稳定控制提出了较 大的挑战。
[0004] 目前，微电网的控制方案主要W集中式的主从控制为主，通过中央控制器协调调 度所有分布式单元和负荷，实现微电网稳定经济运行。但集中式的主从控制对于中央控制 器的依赖性较大，并且对于通信线路的可靠性要求较高，一旦中央控制器或通信线路发生 故障，微电网可能崩溃，将给用户造成较大的经济损失，也会引起负面的社会效应。而W对 等控制模式为基础的微电网分布式控制方式建立在邻居相互通信的基础上，不需要中央控 制器，很好的适应了分布式电源分散的地理特性，降低了微电网的通信成本，提高了控制的 可靠性，有利于实现分布式电源的即插即用。各分布式单元和储能根据本地信息和邻居信 息实现分布式决策制定和本地控制，共同保证微电网频率和电压的稳定，维持微电网经济 安全稳定运行。因此，建立分布式通信框架下，微电网的频率电压控制W及功率控制策略， 有利于提高微电网控制的鲁棒性，发挥可再生能源的经济效益和环境效益。
【发明内容】
[0005] 技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于有限时间一致性的孤岛 微电网分布式协调控制方法，该控制方法可W在微电网发生功率扰动后，根据一次下垂控 制维持微电网的功率平衡，并通过次分布式协调控制策略保证各分布式单元和储能根据各 自的可调容量承担微电网的功率缺额，消除一次下垂控制产生的频率电压偏差，保证孤岛 微电网的频率电压协调恢复到标准值附近，提高微电网控制的可靠性和鲁棒性。
[0006] 技术方案:为解决上述技术问题，本发明实施例采取一种基于有限时间一致性的 孤岛微电网分布式协调控制方法，该控制方法包括下述步骤：
[0007]步骤10)进行一次下垂控制：当微电网发生功率扰动时，基于下垂控制的分布式发 电单元和储能，根据式（1)自动控制输出端的频率和电压，调整功率输出，维持微电网的功 率平衡：
[0009] 式（1)中，基于下垂控制的分布式单元和储能单元为DBDG，fpri_i表示第i个DBDG- 次下垂控制产生的频率参考值;fref表示微电网频率控制的标准值;Hli表示第i个DBDG的有 功频率下垂系数;Pi表示第i个DBDG输出的有功功率;P〇_i表示第i个DBDG输出有功功率的初 始值;Epri_i表示第i个DBDG-次下垂控制产生的电压参考值;Eref表示微电网电压控制的标 准值;n康示第i个D抓G的无功电压下垂系数;Q康示第i个DBDG输出的无功功率;Q〇_康示第 i个DBDG输出无功功率的初始值；
[0010] 步骤20)进行二次分布式控制:在分布式的控制架构下，同时进行有功频率控制和 无功电压控制，W实现各分布式单元按照可调容量承担微电网功率缺额及频率和电压的分 布式恢复。
[0011] 作为优选方案，所述的步骤20)中，进行有功频率控制的具体过程为:各DBDG根据 本地频率测量值与标准值的偏差W及邻居一次频率下垂控制器输出值，按照式(2)实现频 率的分布式恢复，W确保频率的恢复控制不影响有功功率均分的精度：
[0012] fsec_i = Kpl 化 ef-fi)+KilJ[fVef-fi+fFTC_i]dt 式（2)
[001引式中，fsec_康示第i个DBDG的二次频率控制器输出值;Kp读示频率恢复的比例控 制器参数;fi表示第i个DBDG的本地频率测量值;Kii表示频率恢复的积分控制器参数;时TC_1 表示第i个DBDG有功功率均分的有限时间控制器输出值，时Tc_i由式(3)确定；
[0014] /挪'_, = A喊) 14/芦_,T 巧式（3)
[001引式中，0康示郁良时间控制器第一参数，sign表示符号函数，丫读示削良时间控制 器第二参数，Ql均表示有限时间控制器第立参数，其中，0如1<1，&〉0, 丫 1含0; Afpri_康示第 i个DBDG-次频率控制器输出值的偏差，A fpri i由式(4)确定：
[001引心妒M -完。'7(知'''_'乃)式(4) 卢巧
[0017]式中，N康示与第i个DBDG相邻的分布式单元DG的集合;ai康示第i个DBDG与第j个 DG间的通信禪合系数;若编号为j的单元为DBDG，则fpri」表示第j个DBDG的一次频率下垂控 审IJ器输出值;若编号为j的单元不为DBDG，则fpri」表示第j个基于PQ控制或MPPT控制的DG的 虚拟一次频率下垂控制器输出值。
[001引作为优选方案，所述的步骤20)中，进行无功电压控制的具体过程为:各DBDG根据 本地电压测量值和邻居一次电压控制器的输出值，按照式(5)实现电压的分布式恢复和无 功功率均分：
[0019] Esec_i = Kp2Kref-Ei)+Ki2j[biKref-Ei)+EFTC_i]dt 式巧）
[0020] 式中，Esec_康示第i个DBDG的二次电压控制器输出值;Kp2表示电压恢复的比例控 审IJ器参数瓜ef表示微电网电压控制的标准值;E康示第i个DBDG本地电压幅值的测量值;Ki2 表示电压恢复的积分控制器参数;bi表示第i个D抓G的电压参考系数，若D抓G为参考节点，bi 为I;若DBDG为非参考节点，则bi为O ;Eftc_康示第i个DBDG无功功率均分的有限时间控制器 输出值，由式(6)确定；
[002。亿WC'-,=心'如(AiT戶-,)IM；。, I中 式(6)
[0022]式中，&表示有限时间控制器第四参数，丫 2表示有限时间控制器第五参数，02表示 有限时间控制器第六参数，其中，0<〇2<1，&〉0, 丫 2含0; A Epri_康示第i个D抓G-次电压下垂 控制器输出值的偏差，A Epri_i由式(7)确定：
[002；3] = E。//咕"'-J -迟如J)式(7) 树,
[0024] 式中，若编号为j的单元为DBDG，Eprij表示第j个DBDG的一次电压下垂控制器输出 值，否则Epri」表示第j个基于PQ控制或MPPT控制的DG的虚拟一次电压下垂控制器输出值。
[0025] 作为优选方案，所述的步骤10)中，m和HH依照式(8)确定：
[0027] 式中，fmax表示微电网频率的最大允许值;fmin表示微电网频率的最小允许值;Pi_max 表示第i个DBDG输出有功功率的最大值;Emax表示微电网电压的最大允许值;Emin表示微电网 电压的最小允许值;Qi_max表示第i个DBDG输出无功功率的最大值;S康示第i个DBDG逆变器 的额定视在功率;Pi表示第i个DBDG输出的有功功率。
[0028] 作为优选方案，所述的步骤20)中，所述的进行无功电压控制中，基于PQ控制或 MPPT控制的DG，本地二次无功输出调整控制器按照式(9)进行：
[0030] 式中，Qset_i表示第i个基于PQ控制或MPPT控制的DG的无功功率参考值的调整值;m 表示第i个基于PQ控制或MPPT控制的DG的虚拟下垂系数，按照式（15)进行设定；AEpri_i表示 第i个基于PQ控制或MPPT控制的DG的虚拟一次电压下垂控制器输出值的偏差，按照式（16) 进行设定：
[0032] 式（15)中，Qi_max表示第i个基于PQ控制或MPPT控制的DG输出无功功率的最大值;Si 表示第i个基于PQ控制或MPPT控制的DG逆变器的额定视在功率;P康示第i个基于PQ控制或 MPPT控制的DG输出的有功功率；
[0034] 式（16)中，若编号为j的单元为DBDG，Eprij表示第j个DBDG的一次电压下垂控制器 输出值，否则EpriJ表示第j个基于PQ控制或MPPT控制的DG的虚拟一次电压下垂控制器输出 值。
[0035] 作为优选方案，所述的步骤20)中，进行有功频率控制中，式(4)中，当编号为j的单 元不为DBDG时，fpri」表示第j个基于PQ控制或MPPT控制的DG的虚拟一次频率下垂控制器输 出值，如式(10)所示，
[0037] 式（10)中，单元为基于PQ控制或MPPT控制的DG，fpri_i表示第i个基于PQ控制或MPPT 控制的DG的虚拟一次频率下垂控制器输出值;若编号为j的单元为DBDG，fpru表示第j个