一种孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制方法与流程

本发明涉及微电网群低碳控制领域，尤其涉及一种孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制方法。

背景技术：

1、随着化石能源的逐渐短缺，以光伏、风机、储能为主的分布式电源(distributedgenerators，dgs)，因具有接入点灵活、环境污染轻、供能高效等优势，广泛应用于新型电力系统中。然而，分布式电源出力不稳定、结构多样等特点，也给电力系统的运行控制带来了严峻挑战。

2、为解决上述问题，进一步提升能源利用率，微电网群的概念被提出，在多种类型的微电网群中，交直流混合微电网群可以将地理相邻、不同供电形式的微电网进行融合，具有投资低、电能质量高、供电能力强等优势，逐渐成为微电网群的主要发展方向。

3、在现有对交直流混合微电网群的运行控制研究中，大致可分为功率协调控制方法与分布式协同控制方法两类。在功率协调控制方法中，通过对微电网层与微电网群层设计合适的控制策略，实现在低通信/无通信条件下，各微电网内dgs间功率的合理分配、母线电压的稳定运行。在分布式协同控制方法中，微电网群及各分布式电源控制器基于一致性算法，保证各微电网的频率和电压恢复至额定值的基础上，实现系统内各dg输出功率的合理分配，保证其安全、稳定运行。

4、针对微电网群的碳减排调控，现有研究多采用上层的优化调度与能量管理方法。例如提出多能微网多目标优化调度方法、基于云储能的多目标优化配置方法、两级鲁棒优化调度模型等，兼顾了系统运行的经济性与环境友好性。而对于引入碳排放权交易机制，现有研究提出涉及阶梯式碳交易的微电网低碳经济配置方法、多微网电能共享运行优化方法与基于主从博弈的电-热-碳排放权共享方法等。

5、在现有对交直流混合微电网群的运行控制研究中，对于功率协调控制方法，当重负荷接入系统时，频率与电压相较于额定值会产生偏差，影响系统的稳定运行。而对于分布式协同控制方法，虽然实现了系统频率与电压的恢复、各电源输出功率的合理分配，却忽略了对系统碳排放量的控制。

6、对于碳减排控制，现有方法多用于dg的发电调度，通过建立dg碳排放模型，将碳排放量折算为碳排成本，将其计入总发电成本中，这种方法属于上层的优化调度与能量管理，该层与控制层之间存在较大的时间尺度差异，并不利于孤岛交直流混合微电网群在多个时间尺度下的低碳控制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制方法，通过在分布式电源的二次控制环节中引入碳排微增率，既保证交流微电网频率与公共直流母线电压恢复，又实现了微电网级的分布式低碳控制。通过在网间互联变换器的控制环节中引入各微电网碳排微增率的偏差，实现了微电网群级的低碳控制。本发明能够显著降低系统的碳排放量，在不同负荷工况下均可降低约2.6%。

2、本发明提供一种孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制方法，包括：

3、s1：通过将孤岛交直流混合微电网群内分布式电源的碳排放对有功出力求导，获得碳排微增率；

4、s2：按等碳排微增率准则制定孤岛交直流混合微电网群的分布式低碳控制目标；

5、s3：根据分布式低碳控制目标构建分层分布式低碳控制架构；

6、s4：基于领导者跟随者框架控制分布式电源，获得二次控制项，将二次控制项引入低碳下垂控制，实现分层分布式低碳控制架构中微电网变换器控制层的低碳控制；

7、s5：通过将微电网间碳排微增率的偏差引入互联变换器，并带入pi控制器中，实现分层分布式低碳控制架构中网间互联变换器控制层的低碳控制；

8、s6：通过微电网变换器控制层的低碳控制与网间互联变换器控制层的低碳控制实现微电网群的低碳、稳定运行。

9、进一步地，孤岛交直流混合微电网群通过分布式电源的发电环节产生碳排放，孤岛交直流混合微电网群包括交流微电网、直流微电网以及网间互联变换器。

10、进一步地，所述s1步骤中，分布式电源的碳排微增率表达式为：

11、

12、其中，为分布式电源的碳排微增率，为分布式电源有功出力，为第一分布式电源碳排放系数，为第二分布式电源碳排放系数；

13、根据拉格朗日乘数法，当孤岛交直流混合微电网群内所有分布式电源的碳排微增率相等时，碳排放量达到最小。

14、进一步地，所述s2步骤中，

15、交流微电网的低碳控制目标为使交流微电网的频率恢复至其额定值以及使交流微电网内的构网型单元与跟网型单元按等碳排微增率准则分配有功功率；

16、直流微电网的低碳控制目标为使直流微电网的公共直流母线电压恢复至其额定值以及使直流微电网内可调度型单元与功率型单元按等碳排微增率准则分配有功功率；

17、网间互联变换器的低碳控制目标通过网间互联变换器实现各微电网间的有功功率交互，保证孤岛交直流混合微电网群内各微电网的碳排微增率一致。

18、进一步地，所述s3步骤中，孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制架构包括微电网变换器控制层与网间互联变换器控制层。

19、进一步地，所述s4步骤中，微电网变换器控制层分布式低碳控制方法为：

20、通过将分布式电源的碳排微增率代替输出有功功率将传统下垂控制改进为低碳下垂控制，实现微电网内各分布式电源实现按等碳排微增率准则分配输出有功功率；

21、其中，交流微电网外环通过一致性算法获得母线电压参考值或分布式电源的碳排微增率参考值，内环采用电压与电流双闭环控制结构，实现对参考值的无静差追踪；

22、直流微电网外环通过碳排微增率转化为功率参考值，内环采用电流单环控制结构，实现对参考值的无静差追踪。

23、进一步地，互联变换器控制外环通过接收所连本地微电网与相邻互联变换器信息，调整传输功率参考值，协调微电网间的互助功率，实现网间互联变换器的低碳控制目标，

24、通过外环获得互联变换器传输功率的参考值后，内环采用电流单环控制结构，实现对参考值的快速追踪。

25、进一步地，交流微电网基于领导者跟随者框架，以构网型单元为领导者、跟网型单元为跟随者，构建构网-跟网型单元分布式低碳控制方法，包括：

26、交流微电网的构网型单元与跟网型单元的一次控制；

27、gfmu变换器低碳下垂控制表达式为：

28、

29、其中，为第n个交流微电网内第nb个构网型单元gfmu-nb采集的频率，为acmg-n内第nb个构网型单元gfmu-nb的频率额定值；为acmg-n内第nb个构网型单元的碳排微增率，为gfmu-nb的下垂系数；

30、gflu变换器低碳下垂控制表达式为：

31、

32、其中，为第nw个跟网型单元gflu-nw采集的频率，为第nw个跟网型单元gflu-nw采集的频率额定值，为gflu-nw的碳排微增率，为gflu-nw的下垂系数；

33、gfmu变换器二次控制表达式为：

34、

35、其中，为gfmu-nb的一致性控制输入，为gfmu-nb的一正增益，为gfmu-nb的pi控制器传递函数，为节点nb与其相邻节点nw间的通信权重，为节点nb的相邻节点集，为gfmu-nb的输出频率的二次控制量；

36、gflu变换器二次控制表达式为：

37、

38、其中，为gflu-nw的一致性控制输入，为gflu-nw的一正增益，为gflu-nw的pi控制器传递函数，为节点nw的相邻节点集，为节点nw与其相邻节点nb间的通信权重，为gflu-nw的二次控制量；

39、将二次控制量引入低碳下垂控制中，以实现交流微电网的低碳控制目标。

40、进一步地，直流微电网基于领导者跟随者框架，可调度型单元为领导者，功率型单元为跟随者，构建可调度-功率型单元分布式低碳控制，包括：

41、直流微电网的可调度型单元与功率型单元的一次控制：

42、du变换器的一次控制，du变换器低碳下垂控制表达式为：

43、

44、其中，为dcmg内第o个可调度型单元的碳排微增率，为du-o的低碳下垂系数，为公共直流母线电压，为公共直流母线电压额定值；

45、pu变换器的一次控制，pu变换器低碳下垂控制表达式为：

46、

47、其中，为pu-z的碳排微增率，为pu-z的低碳下垂系数，

48、直流微电网变换器二次控制的主要目标在实现对公共直流母线电压恢复的同时，实现各电源按等碳排微增率准则输出有功功率；

49、du变换器的二次控制表达式为：

50、

51、其中，为du-o的输出电压值，为du-o的二次控制量，为du-o的一致性控制输入，为du-o的一正增益，为节点o与其相邻节点z间的通信权重，为du-o的pi控制器传递函数，节点o的相邻节点集；

52、pu变换器的二次控制表达式为：

53、

54、其中，为pu-z二次控制量，为pu-z的一致性控制输入，为pu-z的一正增益，为节点z与其相邻节点o间的通信权重，为pu-z的pi控制器传递函数，节点pu-z的相邻节点集；

55、将二次控制量引入低碳下垂控制中，以实现直流微电网的低碳控制目标。

56、进一步地，交流微电网的构网型单元与直流微电网的可调度型单元分别将其所在微电网的电源碳排微增率均值信息传递至网间互联变换器，互联变换器将所连两微电网碳排微增率均值作差，并带入pi控制器中，当系统进入稳态时，pi控制器输入为0，实现微电网间的一次低碳控制，

57、网间互联变换器的二次控制表达式为：

58、

59、其中，为ic-r的功率参考值，为ic-r的二次控制量，为互联变换器节点r与其相邻节点s间的通信权重，为ic-r两侧微电网的碳排微增率偏差量，为节点r的相邻节点s的碳排微增率，为ic-r的一正增益，为ic-r的相邻节点集，为ic-r二次控制的pi控制器传递函数，为ic-r的pi控制器传递函数。

60、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

61、本发明提供的一种孤岛交直流混合微电网群分布式低碳控制方法，通过在分布式电源的二次控制环节中引入碳排微增率，既保证交流微电网频率与公共直流母线电压恢复，又实现了微电网级的分布式低碳控制。通过在网间互联变换器的控制环节中引入各微电网碳排微增率的偏差，实现了微电网群级的低碳控制。本发明能够显著降低系统的碳排放量，在不同负荷工况下均可降低约2.6%。

62、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。