一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法与流程

本发明涉及一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法，属于电力系统运行与控制。

背景技术：

1、随着人们对低碳排放和化石燃料储备的日益关注，可再生能源已成为一个日益重要的研究课题。最近，利用清洁可再生能源的供电应用已被应用于电力供应系统。目前，主要的可再生能源包括光伏、微型涡轮机、风力涡轮机和燃料电池。然而，在引入系统后，可再生能源具有准负载的特点。ieee 1547 为可再生能源的网络连接制定了标准规则，要求每台微型发电机在系统发生故障时退出运行。这极大地限制了能源效率的充分发挥。为了协调电网与可再生能源之间的矛盾，充分开发清洁可再生能源的潜力，促进电力生产技术的广泛应用，电网的概念已被倡导。

2、电网运行有两种模式，包括并网模式和孤岛模式。在前一种模式下，电网有可能从公用电网吸收电力或向公用电网注入电力，电压和频率由公用电网决定。如果电网出现故障，将与电网断开，频率和电压需要由电网维持，以便向关键负载不间断地提供可再生能源。因此，必须提出一种有效的策略来管理可再生能源。

3、大多数可再生能源通过逆变器与电网相连，因此其控制策略至关重要。目前，人们对逆变器控制的研究给予了广泛关注。逆变器的控制策略主要分为集中式和分散式两种。就集中控制而言，一个中央控制器管理所有控制器，因此这种方法依赖于可靠的通信。然而，这种方法很难确保复杂系统的鲁棒性。分散控制允许可再生能源“即插即用”。每台设备都由一个本地控制器控制，无需通信联系。由于可再生能源之间的协调性较差，系统电压可能无法得到有效保证。因此，本发明提出了一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法，能够按比例分配负载和调节电压，并获得更好的稳态性能。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法，包括：

4、构建基于多智能体系统的分层控制结构，所述分层控制结构包含下层单元智能体与上层协调智能体；

5、在下层单元智能体中，通过配置基于双反馈控制器的逆变器对各类可再生能源实施分散控制，所述双反馈控制器包括外环功率控制器、内环电压控制器及内环电流控制器，其中：

6、所述外环功率控制器包括有功-频率下垂控制器和无功-幅值下垂控制器，分别根据有功功率和无功功率的瞬时值与参考值之差调节频率和电压幅值；

7、所述内环电压控制器根据电压差和控制信号输出控制电压，所述内环电流控制器根据电流差和控制信号输出控制电流，所述控制器的参数通过粒子群算法进行优化求解；

8、在上层协调智能体中，利用基尔霍夫电压和电流定律建立系统模型，并通过定义邻域误差和控制信号实现全局协调控制。

9、进一步的，所述外环功率控制器包括有功-频率下垂控制器和无功-幅值下垂控制器，分别根据有功功率和无功功率的瞬时值与参考值之差调节频率和电压幅值，具体如下：

10、获取电网新能源接口逆变器所输出的有功功率瞬时值，表示为：

11、（1）；

12、获取电网新能源接口逆变器所输出的无功功率瞬时值，表示为：

13、（2）；

14、其中，，，，分别为逆变器输出电压、电流的d，q轴分量；

15、计算有功-频率和无功-幅值下垂控制器分别为：

16、（3）；

17、（4）

18、其中，和分别为有功-频率和无功-幅值下垂控制器的下垂系数，f为逆变器输出频率，v为逆变器输出电压幅值，为逆变器输出频率参考值，是逆变器输出电压幅值的初始值，为有功功率瞬时值，表示逆变器输出有功功率的初始值，为逆变器输出无功功率瞬时值，表示逆变器输出无功功率的初始值。

19、进一步的，所述内环电压控制器根据电压差和控制信号输出控制电压，所述内环电流控制器根据电流差和控制信号输出控制电流，具体如下：

20、设计内环电压控制器的公式如下：

21、（5）；

22、其中，为t时刻电压控制器的电压差，为t时刻电压控制器的控制信号，和分别为电压控制器的电压输出及其参考，表示电流控制器的参考电流，分别为电压控制器的积分与微分阶数，为电压控制器的3个参数，d为复变量；

23、设计内环电流控制器的公式如下：

24、（6）；

25、其中，为t时刻电流控制器的电流差，为t时刻电流控制器的控制信号，和分别为电流控制器的电流输出及其参考，为电流控制器的电压输出，，分别为电流控制器的积分与微分阶数，为电流控制器的3个参数；

26、所述电压控制器、电流控制器的参数，具体如下：

27、（7）；

28、（8）；

29、（9）；

30、（10）；

31、（11）；

32、（12）；

33、（13）；

34、（14）；

35、（15）；

36、其中，，为控制器的输出电流的d，q轴分量的参考值，，为控制器的输出电流的d，q轴分量的瞬时值，，为控制器的输入电压的d，q轴分量的参考值，，为控制器的输入电压的d，q轴分量的瞬时值，，为控制器的输出电压的d，q轴分量的参考值，，为扰动量，s为复变量，为角频率，为控制器的输出电压的q轴分量，，为电压控制器的输出，，为电流控制器的输出，为前馈参数，为谐振电路的滤波电容，为谐振电路的滤波电感。

37、进一步的，所述控制器的参数通过粒子群算法进行优化求解，具体过程如下：

38、首先，初始化粒子群算法的参数，并进行粒子初始化；

39、然后，确定粒子群算法的适应度函数，具体是将绝对误差的积分性能作为控制器设计的指标，进而将粒子群算法的适应度函数确定为：，其中：

40、（16）；

41、其中，j表示所设计控制器的最优指标，f表示粒子群算法的适应度函数，表示t时刻绝对误差，表示t时刻所设计控制器的控制输入，为上升时间，为最优指标的权重系数；

42、接着，计算每个粒子的适应度值，并更新个体与全局的最佳位置，具体的是基于适应度函数计算出当前每个粒子的适应度值，通过比较当前适应度值与先前找到的最佳适应度值，若当前最优，则更新个体最佳适应度值及其对应的位置，并在所有粒子的个体最佳适应度值中，找到全局最优解及其对应的位置；

43、其次，动态更新每个粒子的速度与位置，具体是通过以下速度和位置更新方程来实现的：

44、（17）；

45、（18）；

46、其中，、为粒子i在t+1、t代的速度，、表示粒子i在t+1、t代的位置，表示为惯性权重，和表示学习率，、表示粒子i在t代的历史最佳位置与全局最佳位置，和表示随机数；

47、最后，当算法达到预设的最大迭代数时，算法终止，输出算法的全局最优解，进而得到所设计的控制器中各参数的最优值。

48、进一步的，所述在上层协调智能体中，利用基尔霍夫电压和电流定律建立系统模型，并通过定义邻域误差和控制信号实现全局协调控制，包括：

49、设置第i个可再生能源通过电力线阻抗与其他可再生能源相连，电网系统的单相中电气方案采用基尔霍夫电压和电流定律，公式如下：

50、（19）；

51、其中，d表示微分符号，t表示时间，为第i个可再生能源的电流，，为第i个可再生能源侧的电感、电阻，、为第i个可再生能源的输出电压及其电阻上的电压，，，为第i、m、n个可再生能源侧的接地电容，与分别为与接地电容并联的电阻与电感，为电阻限制电流，、分别为第i个可再生能源注入m、n个可再生能源的电流，与分别为第i与m个可再生能源联络线的电阻与电感，为第m个可再生能源的输出电压，、分别为第m个可再生能源的电流，与为第m个可再生能源侧的电阻与电感，与分别为第n个可再生能源侧的电阻与电感，、为第m个可再生能源的输出电压及其电容上的电压，、为第n个可再生能源的输出电压及其电容上的电压；

52、电网系统的模型表示为：

53、（20）；

54、其中，表示系统状态，为状态矩阵，表示系统输入，为输入矩阵，表示系统输出，为输出矩阵，式(20)中的相关矩阵由下面的矩阵给出：

55、，

56、，；

57、第i个可再生能源的邻域误差表示为：

58、（21）；

59、其中，为第i与j个可再生能源连接权重，，，为单位价值；

60、然后，总的邻域误差等于，其中，为拉普拉斯矩阵，为kronecker积，为单位矩阵，，，为单位价值，t表示矩阵转置，，，为单位价值，令输入，为系数，为反馈增益矩阵，则全局形式为：

61、（22）；

62、其中，为控制信号；

63、因此，整个闭环电网系统的动态特性为：

64、（23）；

65、其中，，为单位价值，若系统(23)是渐近稳定的，当且仅当存在满足下列条件的矩阵：

66、（24）；

67、（25）；

68、（26）；

69、其中，表示最小的非零奇异值，表示对称矩阵，是最大的奇异值。

70、进一步的，所述多智能体系统的分层控制结构中的下层单元智能体和上层协调智能体之间通过通信网络进行信息交换和协调控制，以实现电网的智能化管理和优化运行。

71、第二方面，本发明提供一种电网新能源特性建模与分散协调控制系统，包括：

72、基于多智能体系统的分层控制结构，所述分层控制结构包含下层单元智能体与上层协调智能体；

73、所述下层单元智能体，通过配置基于双反馈控制器的逆变器对各类可再生能源实施分散控制，所述双反馈控制器包括外环功率控制器、内环电压控制器及内环电流控制器，其中：所述外环功率控制器包括有功-频率下垂控制器和无功-幅值下垂控制器，分别根据有功功率和无功功率的瞬时值与参考值之差调节频率和电压幅值；所述内环电压控制器根据电压差和控制信号输出控制电压，所述内环电流控制器根据电流差和控制信号输出控制电流，所述控制器的参数通过粒子群算法进行优化求解；

74、所述上层协调智能体，利用基尔霍夫电压和电流定律建立系统模型，并通过定义邻域误差和控制信号实现全局协调控制。

75、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。

76、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括：

77、存储器，用于存储计算机程序/指令；

78、处理器，用于执行所述计算机程序/指令以实现前述中任一项所述方法的步骤。

79、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。

80、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

81、本发明提供一种电网新能源特性建模与分散协调控制方法，提出的基于多智能体系统的分层控制结构，能够有效提高可再生能源之间的协调性，并保证复杂系统的鲁棒性；本发明在下层提出了一种基于双反馈控制器的分布式控制，能够获得更好的稳态性能；在上层提出了一种基于一致性协议的分布式协调控制方法，有效地按比例分配负荷和调节电压，保证电网的电压安全。