基于bess和de协调的独立微电网频率分层鲁棒控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微电网频率控制技术，更具体地说，设及一种基于蓄电池储能系统和 柴油发电机组协调的独立微电网频率分层鲁棒控制方法。
【背景技术】
[0002] 当前，集成各种分布式电源和储能系统的混合能源微电网已经成为一种提供灵 活、可靠和经济的电力供应方式，它可W有效解决海岛、山区等偏远地区的电力短缺问题。 随着分布式发电技术的不断进步和发展，风力发电和太阳能光伏发电等可再生能源分布式 电源在微电网中占比也越来越大，然而它们固有的间歇性输出功率特性容易引起微电网系 统的有功功率不平衡，从而导致系统频率波动问题。
[0003] 经对现有技术的文献检索发现/'H infinity Conholler Design for Primary Frequency Control of Energy Storage in Islanding Microgrid''（Jiravan Mongkoltanatas,Delphine Riu,and Xavier LePivert.H infinity Controller Design for Primary Frequency Control of Energy Storage in Islanding Microgrid[C] .15th European Conference on Power Electronics and Applications,Lille,France: IE邸，2013:1-11.)-文针对微电网系统频率波动，采用H。。控制方法改进储能装置的下垂控 制策略来提高一次频率控制特性。然而，针对当前储能单元及其逆变装置仍需较高的购置 成本问题，实际开发建设的大多数微电网项目工程(尤其兆瓦级容量)都配置有一定数量的 柴油发电机组来提高系统供电可靠性和降低设备购置成本。围绕含多种混合能源微电网的 研究和实践已指出配置一定容量的蓄电池储能系统和柴油发电机组是保证微电网系统高 可靠性和频率稳定的关键。然而，关于研究蓄电池储能与柴油发电机组间的协调控制来提 高微电网系统频率稳定性的文献相对较少。申请号为201510170324.4的中国发明专利申请 提出基于不同时间尺度的独立微电网分层协调控制方法，其中蓄电池储能系统采用传统的 下垂控制，柴油发电机组调速系统采用PI控制，从而存在系统惯性小、频率调节时间相对 较长等不足。因此，蓄电池储能系统和柴油发电机组在应对微电网系统内因瞬时变化的风 电和光伏输出功率而导致的系统净负荷功率波动问题时，仍存在较差的频率调节响应问 题。
[0004] 本发明提出了一种在不同时间尺度上的基于蓄电池储能系统和柴油发电机组协 调策略的独立微电网频率分层鲁棒控制新方法，该方法通过采用压。控制改进蓄电池储能系 统的传统下垂控制策略来提高微电网在处理瞬态小频率波动时的瞬时响应和鲁棒性，W及 采用Hoo控制改进柴油发电机组调速系统中的传统PI控制器来提高在处理较大频率波动时 的频率无差控制特性。该方法充分利用了蓄电池储能系统和柴油发电机组的不同动态调节 特性(时间响应特性和功率调节特性等），有效提高独立微电网系统在面对不同程度的频率 扰动问题时的系统频率动态鲁棒特性，改善系统频率的稳定性。
【发明内容】
[0005] 针对W上现有的不足，提出了一种有效提高了独立微电网系统的频率动态性能， 保证了系统频率的快速响应性和鲁棒性，改善了系统频率的稳定性的独立微电网的频率分 层鲁棒控制方法。本发明的技术方案如下：一种基于BESS和DE协调的独立微电网频率分层 鲁棒控制方法，其包括W下步骤：
[0006] 101、获取柴油发电机组的输出有功功率时E、风力发电机组的输出有功功率PWT、光 伏发电系统的输出有功功率Ppv、蓄电池储能系统的充/放电有功功率Pbess及系统有功负荷 总需求Pl,计算独立微电网系统的总输出功率Pmg与有功功率偏差A P、独立微电网系统的频 率偏差A f与有功功率偏差A P满足如下关系式：
[0008] 其中，A P = Pmg-Pl，Pmg = Pde+Pwt+Ppv±Pbess，V'表示储能系统放电/'一"表示储能 系统充电，M为惯性常数，D为阻尼系数，S为拉普拉斯算子；
[0009] 102、根据独立微电网系统频率波动特性，将系统频率的波动幅度划分为A、B、C和D 四个区域，A区域包括低频Al区和高频心区，B区域包括低频化区和高频Bh, C区域包括低频Cl 区和局频Ch区，D区包括低频化区和局频化区；
[0010] 103、将独立微电网系统内除风电和光伏出力外的净负荷波动分量分类成S类；
[0011] 104、将微电网频率分层控制结构采用S层控制；
[0012] (1)第一层为基于Hoo控制的蓄电池储能系统的一级控制；
[0013] (2)第二层为基于Hoo控制的柴油发电机的二级控制；
[0014] (3)第S层为基于系统级集中控制的微电网中央控制中屯、MGCC的S级控制或经济 运行控制模式。
[001引进一步的，步骤102中的A区域为49.5Hz y含50.5Hz，Bl低频区为48Hz 49.5Hz，化高频区为50.5Hz<f < 5IHz，Cl低频区为47.5Hz < f <48Hz，Ch高频区为5IHz<f < 51.5Hz，D 区为 f >51.5Hz 或 f <47.5Hz。
[0016] 进一步的，所述步骤103中将除风电和光伏出力外的负荷即净负荷波动分量根据 变化规律分类为W下=类：
[0017] (1)变化周期为毫秒级的随机波动净负荷分量；
[0018] (2)变化周期为秒级的净负荷分量；
[0019] (3)变化周期为分钟级或小时级的缓慢的持续变动净负荷分量。
[0020] 进一步的，步骤104中设计蓄电池储能系统的圧。控制器具体为：
[0021] (1)设计蓄电池储能系统圧。控制器：
[0022] ①蓄电池储能系统的Hoo控制器Ki的输入为系统频率偏差Af,控制器的输出为 Pbess,通过控制蓄电池储能系统的输出功率Pbess来实现微电网系统的频率调节；
[0023] ②选择加权函数Wi, W2,和W3,满足
，其中，S(S)为闭环控制系 统灵敏度函数，T(S)为闭环控制系统互补灵敏度函数，S(S)和T(S)分别决定系统跟踪误差 大小和系统鲁棒稳定性；
[0027] ③选取蓄电池储能系统的时间常数为T = O .3,通过Matlab/Similink中的鲁棒控 制工具箱，求得蓄电池储能系统的Hoo控制器..
[0028] 进一步的，步骤104中设计柴油发电机组的Hoo控制器具体为：
[0029] ①柴油发电机组的H。。控制器K2的输入为系统频率偏差A f，控制器的输出为时E，通 过控制柴油发电机组的输出功率时E来实现微电网系统频率的无差调节；
[0030] ②选择加权函数Wi '、W2 '和W3 '，满足
[0034] ③选取柴油发电机组调速系统的时间参数Tl = 0.25，T2 = 0.09，T3 = 0.4，Tl = 1，比 例系数为K= 10，利用Mat Iab鲁棒控制工具箱，求得柴油发电机组Hoo控制器
[0035] 本发明的优点及有益效果如下：
[0036] 本发明将先进的H。。控制技术与分层控制技术应用到微电网频率控制中，根据微电 网频率动态特性，将系统频率的波动幅度按照一定级别划分为A、B、C和D四个区域，A区域属 频率波动正常范围，蓄电池储能系统和柴油发电机组不做额外的控制，B区域的系统频率稍 微超出频率允许波动范围，由蓄电池储能系