微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法
【专利摘要】本发明提出一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，包括如下步骤：设定微电网频率偏差与功率偏差的关系式，由此建立被控对象的传递函数：建立灵敏度函数和补灵敏度函数，构造满足约束条件的加权函数；建立微电网广义被控对象的闭环系统传递函数，进而求取H∞控制器的传递函数；通过H∞控制器的传递函数求解获得微型燃气轮机控制器、电解槽控制器，燃料电池控制器。该方法采用先进的鲁棒H∞混合灵敏度控制微电网频率，根据微电网性能要求设计控制器，并基于所设计出的鲁棒控制器控制微电网中多源有功功率，已达到优化微电网频率优化控制的目的，使微电网系统具有鲁棒性、良好的动态性能以及抗干扰能力。
【专利说明】微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，属于电网技术领 域，结合现代鲁棒控制，为微电网平稳安全运行设计控制器，适用于由风力发电系统、光伏 发电系统、微型燃气轮机、燃料电池、用于制造氢气的且负荷可控的电解槽系统（或储能系 统）、用电负荷组成的微电网。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的增长及化石能源的枯竭，能源结构的变化迫使人们积极寻找开发 绿色、可循环的新能源。太阳能、风能有效缓解了能源需求，然而风能、太阳能的不稳定对电 能的质量、电网的稳定是一个严峻的挑战。微电网应运而生，它是电力行业发展的一个新方 向。微电网在孤岛模式下的稳定运行，可以充分发挥微电网的主观能动性，并提高供电的可 靠性，具有长远的战略意义。频率的稳定性是评估电能质量好坏的重要指标，控制微电网频 率的稳定尤其重要。
[0003] 由监控系统、微型燃气轮机（MT)、用电负荷（Load)、用于制造氢气的且负荷可控 的电解槽（ES)、储氢容器、燃料电池（FC)、可再生的光伏发电系统（PV)以及风力发电系统 (WP)组成的孤岛模式下的微电网，如图1所示。由于WP、PV以及Load的波动，导致了微电 网的功率波动以及频率的波动。对于微电网频率的控制，采用鲁棒控制可提高系统稳定性。 Hj昆合灵敏度是鲁棒控制的一个重要的分支，在系统的动态性能、稳定性及鲁棒性的控制 效果上优于传统控制。
[0004] 因此，本发明研发了一种将Hj昆合灵敏度控制应用到微电网频率控制中的控制 方法。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种微电网分布式电源有功功 率的鲁棒协调控制方法，本发明将先进的鲁棒控制技术能够应用到微电网频率的控制中， 能够提高微电网运行的可靠性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0007] -种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，包括如下步骤：
[0008] (A)设定微电网频率偏差Λ f与功率偏差Λ P的关系式，，由此建立被控对象的传 递函数Gp (S):
【权利要求】
1. 一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其特征在于：该方法包括如 下步骤： (A) 设定微电网频率偏差Af与功率偏差ΛP的关系式，由此建立被控对象的传递函数 Gp(s):
其中，M为惯性系数，D为阻尼系数，s为拉普拉斯算子； (B) 建立灵敏度函数S和补灵敏度函数Τ，构造满足约束条件的加权函数WpWyW3 ; (C) 建立微电网广义被控对象的闭环系统传递函数Tzw(S)，进而求取H控制器Chinf的 传递函数K(s); (D) 通过H00控制器Chinf的传递函数求解获得微型燃气轮机控制器Chinfl、电解槽或储能 系统控制器Chinf2和燃料电池控制器Chinf3。
2. 如权利要求1所述的一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其特征 在于，所述步骤（B)中，通过如下公式建立灵敏度函数S和补灵敏度函数T:
其中，Gp(s)为被控对象的传递函数，K(S)为H00控制器的传递函数； 构造加权函数WpW2、W3，如下所示：
其中，K1为被控对象期望的低频增益，K2为W3的放大系数，K3为W3的放大系数，A为W3 的剪切频率与W1的剪切频率的位置关系参数，ω。为被控对象期望的剪切频率，s为拉普拉 斯算子。
3. 如权利要求2所述的一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其特征 在于，所述步骤（B)中，所述加权函数的参数KpΚ2、Κ3、Α和ω。须同时满足下述约束条件： ①K1彡20 ② ③A- umax ④ |κ3| < 1 ⑤A彡3 其中，Umax为控制量u的上限值，（^为分布式电源和负荷的最大功率波动频率。
4. 如权利要求1所述的一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其特征 在于，所述步骤（C)中，建立如下式的广义被控对象的闭环系统传递函数Tzw(S):
5. 如权利要求1或4所述的一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其 特征在于，所述步骤（C)中，基于"2-Riccati"方程法并根据控制器的边界条件，求取出如 下所示的H00控制器Chinf的传递函数K(S):
所述控制器的边界条件为：
其中，131、13(|、￥￡11、￥ ￡12为参数变量，且满足（〇￡12>(0￡11。
6. 如权利要求5所述的一种微电网分布式电源有功功率的鲁棒协调控制方法，其特征 在于，所述步骤（D)中Chinfl、Chinf2及Chinf3的计算方法包括如下步骤： (Dl)令H00控制器Chinf中Id1和k满足下述约束条件： kai+ka2+ka3 =Id1 (kai+ka3)ωa2+ka2ωal =b〇 通过上述约束条件求解出ka2和kal+ka3的值,在满足IkalI>Ika31的条件下,取kal、ka3 所有的可能值； (D2)通过参数变量kal和Wal，求得微型燃气轮机控制器Chinfl :
(D3)通过参数变量ka2和wa2，求得电解槽或储能系统控制器Chinf2 :
(D4)通过参数变量ka3和wa3，求得燃料电池控制器Chinf3 :
【文档编号】H02J3/38GK104319803SQ201410241164
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】李相俊, 陈金元, 谢巍, 惠东 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 华南理工大学