基于bess和de協(xié)調(diào)的獨(dú)立微電網(wǎng)頻率分層魯棒控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電網(wǎng)頻率控制技術(shù)，更具體地說(shuō)，設(shè)及一種基于蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和 柴油發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)的獨(dú)立微電網(wǎng)頻率分層魯棒控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，集成各種分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合能源微電網(wǎng)已經(jīng)成為一種提供靈 活、可靠和經(jīng)濟(jì)的電力供應(yīng)方式，它可W有效解決海島、山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力短缺問(wèn)題。 隨著分布式發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等可再生能源分布式 電源在微電網(wǎng)中占比也越來(lái)越大，然而它們固有的間歇性輸出功率特性容易引起微電網(wǎng)系 統(tǒng)的有功功率不平衡，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率波動(dòng)問(wèn)題。
[0003] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)/'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.)-文針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)，采用H。?？刂品椒ǜ倪M(jìn)儲(chǔ)能裝置的下垂控 制策略來(lái)提高一次頻率控制特性。然而，針對(duì)當(dāng)前儲(chǔ)能單元及其逆變裝置仍需較高的購(gòu)置 成本問(wèn)題，實(shí)際開發(fā)建設(shè)的大多數(shù)微電網(wǎng)項(xiàng)目工程(尤其兆瓦級(jí)容量)都配置有一定數(shù)量的 柴油發(fā)電機(jī)組來(lái)提高系統(tǒng)供電可靠性和降低設(shè)備購(gòu)置成本。圍繞含多種混合能源微電網(wǎng)的 研究和實(shí)踐已指出配置一定容量的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)高 可靠性和頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵。然而，關(guān)于研究蓄電池儲(chǔ)能與柴油發(fā)電機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制來(lái)提 高微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的文獻(xiàn)相對(duì)較少。申請(qǐng)?zhí)枮?01510170324.4的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng) 提出基于不同時(shí)間尺度的獨(dú)立微電網(wǎng)分層協(xié)調(diào)控制方法，其中蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的 下垂控制，柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)采用PI控制，從而存在系統(tǒng)慣性小、頻率調(diào)節(jié)時(shí)間相對(duì) 較長(zhǎng)等不足。因此，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組在應(yīng)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因瞬時(shí)變化的風(fēng) 電和光伏輸出功率而導(dǎo)致的系統(tǒng)凈負(fù)荷功率波動(dòng)問(wèn)題時(shí)，仍存在較差的頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)問(wèn) 題。
[0004] 本發(fā)明提出了一種在不同時(shí)間尺度上的基于蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組協(xié) 調(diào)策略的獨(dú)立微電網(wǎng)頻率分層魯棒控制新方法，該方法通過(guò)采用壓?？刂聘倪M(jìn)蓄電池儲(chǔ)能系 統(tǒng)的傳統(tǒng)下垂控制策略來(lái)提高微電網(wǎng)在處理瞬態(tài)小頻率波動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)和魯棒性，W及 采用Hoo控制改進(jìn)柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中的傳統(tǒng)PI控制器來(lái)提高在處理較大頻率波動(dòng)時(shí) 的頻率無(wú)差控制特性。該方法充分利用了蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組的不同動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 特性(時(shí)間響應(yīng)特性和功率調(diào)節(jié)特性等），有效提高獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)在面對(duì)不同程度的頻率 擾動(dòng)問(wèn)題時(shí)的系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)魯棒特性，改善系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)W上現(xiàn)有的不足，提出了一種有效提高了獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率動(dòng)態(tài)性能， 保證了系統(tǒng)頻率的快速響應(yīng)性和魯棒性，改善了系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性的獨(dú)立微電網(wǎng)的頻率分 層魯棒控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于BESS和DE協(xié)調(diào)的獨(dú)立微電網(wǎng)頻率分層 魯棒控制方法，其包括W下步驟：
[0006] 101、獲取柴油發(fā)電機(jī)組的輸出有功功率時(shí)E、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出有功功率PWT、光 伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出有功功率Ppv、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充/放電有功功率Pbess及系統(tǒng)有功負(fù)荷 總需求Pl,計(jì)算獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的總輸出功率Pmg與有功功率偏差A(yù) P、獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻 率偏差A(yù) f與有功功率偏差A(yù) P滿足如下關(guān)系式：
[0008] 其中，A P = Pmg-Pl，Pmg = Pde+Pwt+Ppv±Pbess，V'表示儲(chǔ)能系統(tǒng)放電/'一"表示儲(chǔ)能 系統(tǒng)充電，M為慣性常數(shù)，D為阻尼系數(shù)，S為拉普拉斯算子；
[0009] 102、根據(jù)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)特性，將系統(tǒng)頻率的波動(dòng)幅度劃分為A、B、C和D 四個(gè)區(qū)域，A區(qū)域包括低頻Al區(qū)和高頻心區(qū)，B區(qū)域包括低頻化區(qū)和高頻Bh, C區(qū)域包括低頻Cl 區(qū)和局頻Ch區(qū)，D區(qū)包括低頻化區(qū)和局頻化區(qū)；
[0010] 103、將獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)除風(fēng)電和光伏出力外的凈負(fù)荷波動(dòng)分量分類成S類；
[0011] 104、將微電網(wǎng)頻率分層控制結(jié)構(gòu)采用S層控制；
[0012] (1)第一層為基于Hoo控制的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一級(jí)控制；
[0013] (2)第二層為基于Hoo控制的柴油發(fā)電機(jī)的二級(jí)控制；
[0014] (3)第S層為基于系統(tǒng)級(jí)集中控制的微電網(wǎng)中央控制中屯、MGCC的S級(jí)控制或經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行控制模式。
[001引進(jìn)一步的，步驟102中的A區(qū)域?yàn)?9.5Hz y含50.5Hz，Bl低頻區(qū)為48Hz 49.5Hz，化高頻區(qū)為50.5Hz<f < 5IHz，Cl低頻區(qū)為47.5Hz < f <48Hz，Ch高頻區(qū)為5IHz<f < 51.5Hz，D 區(qū)為 f >51.5Hz 或 f <47.5Hz。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟103中將除風(fēng)電和光伏出力外的負(fù)荷即凈負(fù)荷波動(dòng)分量根據(jù) 變化規(guī)律分類為W下=類：
[0017] (1)變化周期為毫秒級(jí)的隨機(jī)波動(dòng)凈負(fù)荷分量；
[0018] (2)變化周期為秒級(jí)的凈負(fù)荷分量；
[0019] (3)變化周期為分鐘級(jí)或小時(shí)級(jí)的緩慢的持續(xù)變動(dòng)凈負(fù)荷分量。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟104中設(shè)計(jì)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的圧?？刂破骶唧w為：
[0021] (1)設(shè)計(jì)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)圧?？刂破鳎?br>[0022] ①蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的Hoo控制器Ki的輸入為系統(tǒng)頻率偏差A(yù)f,控制器的輸出為 Pbess,通過(guò)控制蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率Pbess來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)；
[0023] ②選擇加權(quán)函數(shù)Wi, W2,和W3,滿足
，其中，S(S)為閉環(huán)控制系 統(tǒng)靈敏度函數(shù)，T(S)為閉環(huán)控制系統(tǒng)互補(bǔ)靈敏度函數(shù)，S(S)和T(S)分別決定系統(tǒng)跟蹤誤差 大小和系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性；
[0027] ③選取蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為T = O .3,通過(guò)Matlab/Similink中的魯棒控 制工具箱，求得蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的Hoo控制器..
[0028] 進(jìn)一步的，步驟104中設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)組的Hoo控制器具體為：
[0029] ①柴油發(fā)電機(jī)組的H。?？刂破鱇2的輸入為系統(tǒng)頻率偏差A(yù) f，控制器的輸出為時(shí)E，通 過(guò)控制柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率時(shí)E來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)；
[0030] ②選擇加權(quán)函數(shù)Wi '、W2 '和W3 '，滿足

[0034] ③選取柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)間參數(shù)Tl = 0.25，T2 = 0.09，T3 = 0.4，Tl = 1，比 例系數(shù)為K= 10，利用Mat Iab魯棒控制工具箱，求得柴油發(fā)電機(jī)組Hoo控制器
[0035] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：
[0036] 本發(fā)明將先進(jìn)的H。?？刂萍夹g(shù)與分層控制技術(shù)應(yīng)用到微電網(wǎng)頻率控制中，根據(jù)微電 網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)特性，將系統(tǒng)頻率的波動(dòng)幅度按照一定級(jí)別劃分為A、B、C和D四個(gè)區(qū)域，A區(qū)域?qū)?頻率波動(dòng)正常范圍，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)組不做額外的控制，B區(qū)域的系統(tǒng)頻率稍 微超出頻率允許波動(dòng)范圍，由蓄電池儲(chǔ)能系