CN108321854A - 一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，包含两层控制：一次控制和二次控制。一次控制采用基于传统Q‑f/P‑U下垂控制的闭环控制方式；在二次控制中，根据不同大小负荷时的频率及电压范围，采用多阶段控制方式来提高控制精度，并采用事件触发机制协调多个阶段的运行；频率控制可分为两阶段，各阶段采用通过PI控制方式；电压控制可分为三阶段，一、二阶段采用PI控制方式，三阶段采用线路压降补偿控制方式；一次控制以二次控制的输出信号为补偿信号，以恢复频率及消除均分误差。本发明方法考虑各DG间的信息交互，采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法，尽可能使***在通讯时滞的影响下保持鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网控制领域，尤其是一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法。
背景技术
微电网可有效解决各类分布式电源(DG)大规模并网状态下所引发的诸多问题，一般由DG、储能单元、负荷及其控制体系构成，能有效地整合如光伏发电、风力发电、微型燃气轮机及蓄电池等分布式发电单元，有并网和孤岛两种运行模式。对于孤岛运行模式下的微电网，下垂控制作为最常用的DG控制方法之一，以三相异步电机的下垂特性为原理，根据DG的输出功率来调节其电压，该方法可实现DG的即插即用功能及点对点控制，相对于其它的控制方法而言，下垂控制在功率平衡及电压稳定等方面，表现得更为高效和可靠。
当微网中负荷变化时，由于DG的固有下垂特性，使得其运行频率不能稳定在额定值。除此之外，当微网中多个DG共同为负荷出力时，由于各DG到负荷的传输距离差异或各线路阻抗的不匹配，会导致各分布式电源的输出电压差异，因此各DG不能精准地均分负荷功率。为频率恢复及消除功率均分误差，一般采用分层协调控制方法，通过各分布式电源间的信息交互，采用协调控制算法优化交互信息，但很少考虑通讯尤其是通讯时滞的影响。出于上述原因，因此急需一种既能提高频率恢复控制精度和功率均分精度又能降低通讯时滞影响的控制方法，来确保微电网的稳定运行。
发明内容
本发明针对传统无功-频率、有功-电压(Q-f/P-U)下垂控制中的频率偏差及有功功率均分偏差问题，提出一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：建立两层控制体系：一次控制和二次控制。一次控制采用基于传统Q-f/P-U下垂控制的闭环控制方式；在二次控制中，根据不同大小负荷时的频率及电压范围，采用多阶段控制方式来提高控制精度，并采用事件触发机制协调多个阶段的运行；频率控制可分为两阶段，各阶段采用通过PI控制方式；电压控制可分为三阶段，一、二阶段采用PI控制方式，三阶段采用线路压降补偿控制方式；一次控制以二次控制的输出信号为补偿信号，以恢复频率及消除均分误差；考虑各DG间的信息交互，采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法，尽可能使***在通讯时滞的影响下保持鲁棒性。所述方法的具体内容如下：
步骤1，设计基于触发机制的两阶段频率二次控制方法；
步骤2，设计基于触发机制的三阶段电压二次控制方法；
步骤3，采用触发机制通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法。
进一步的，步骤1中，基于DG运行频率的Q-f下垂特性，本发明采用两阶段频率二次控制方法，其中，一、二阶段均采用PI控制方式，最后确定各阶段的触发机制，旨在实现精确的频率恢复，具体如下：
(1.1)分析DG运行频率的Q-f下垂特性；
微电网中所有DG均采用传统无功-频率下垂控制，则对于其中任意一个DG，如DGi，其频率下垂控制公式如下
fi(t)＝fn-mi(Qi(t)-Qni)， (1)
其中，fi(t)是DGi运行频率，fn是频率额定值，mi是无功下垂系数，Qi(t)是DGi实际输出无功功率，Qni是DGi无功额定值。
Q-f下垂控制特点是根据微电网中DG的实际输出无功功率来控制其运行频率，由式(1)可得，当且仅当输出无功功率等于其额定值时，运行频率才能稳定在额定值50Hz，然而DG的输出无功功率会随微电网中的负荷的变化而变化，因此其运行频率会偏离额定值。
(1.2)确定两阶段频率二次控制方法；
在传统Q-f下垂控制中，由于全网频率的一致性要求，各DG的运行频率几乎一致，但会偏离其额定值。根据其偏离值大小，运行频率大致有两种运行情况：一是负荷较小时，运行频率偏离值较小；二是负荷较大时，运行频率偏离值较大。根据上述两种运行情况，DGi采用如式(2)所示的改进频率控制，其中二次控制分为两阶段控制，分别为一次控制提供额外的频率下垂补偿信号。
fi(t)＝fn-mi(Qi(t)-Qni)
+a1iδ1ifi(t-τ(t))+a2iδ2ifi(t-τ(t))， (2)
其中，a1i，a2i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，τ(t)是通讯时滞，δ1ifi(t-τ(t))，δ2ifi(t-τ(t))分别是二次控制中的各阶段输出控制信号，具体如下
其中，k1ifp，k1ifi是一阶段控制的PI控制系数，k2ifp，k2ifi是二阶段控制的PI控制系数，N是DGi的邻接DG(DGj)的个数。
如(3)所示，一阶段控制旨在实现运行频率对额定值的同步跟踪，以尽可能减小运行频率与额定值间的偏离值；如(4)所示，二阶段控制通过增加无功补偿项先缩小运行频率偏离值，再以与一阶段相同的方式减小偏离值，最终实现频率恢复。
(1.3)确定各阶段频率二次控制的触发机制；
在二次控制中，有且仅有一个阶段控制能被触发，因此本发明采用事件发生器，通过事件触发的方式来协调两阶段控制的运行。事件发生器可以感知接收到的频率信息，并采用如式(5)所示的算法处理上述信息，以得到频率控制指令，并发送至频率二次控制，通过控制阶段控制增益来实现各阶段的触发。
其中，fd是频率在两个阶段对应的两种运行情况间的临界值。
进一步的，步骤2中，基于DG输出电压的P-U下垂特性，本发明采用三阶段电压二次控制方法，其中，一、二阶段采用PI控制，三阶段采用线路压降补偿控制，最后确定各阶段的触发机制，旨在实现精确的有功功率均分，具体如下：
(2.1)分析DG输出电压的P-U下垂特性；
DGi的电压下垂控制公式如下
Ui(t)＝Un-ni(Pi(t)-Pni)， (6)
其中，Ui(t)是DGi输出电压，Un是电压额定值，ni是有功下垂系数，Pi(t)是DGi实际输出有功功率，Pni是DGi有功额定值。
类似于频率下垂控制，在电压下垂控制中，当DG的输出有功功率随负荷而变化时，其输出电压会偏离额定值。
(2.2)确定三阶段电压二次控制方法；
根据电压偏离值大小，输出电压大致有三种运行情况：一是负荷较小时，电压偏离值及电压间差异值都较小；二是负荷较大时，电压偏离值较大，电压间差异值较大；三是负荷很大时，电压偏离值及电压间差异值都较大。根据上述三种运行情况，DGi采用如式(7)所示的改进电压控制，其中二次控制分为三阶段控制，分别为一次控制提供额外的电压下垂补偿信号。
Ui(t)＝Un+ni(Pi(t)-Pni)+b1iδ1iUi(t-τ(t))
+b2iδ2iUi(t-τ(t))+b3iδ3iUi(t-τ(t))， (7)
其中，b1i，b2i，b3i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，δ1iUi(t-τ(t))，δ2iUi(t-τ(t))，δ3iUi(t-τ(t))分别是二次控制中的各阶段输出控制信号，具体如下
δ3iUi(t-τ(t))＝(Pi(t-τ(t))-Pni)Rli/Un， (10)
其中，k1iup，k1iui是一阶段控制的PI控制系数，k2iup，k2iui是二阶段控制的PI控制系数，Rli是线路电阻。
如(8)所示，一阶段控制旨在实现输出电压对额定值的同步跟踪，以尽可能减小偏离值；如(9)所示，二阶段控制旨在实现输出电压间的同步跟踪，以尽可能减小电压间的差异值；如(10)所示，因三阶段控制所对应的电压间差异值较大，会降低PI同步跟踪效果，故增加线路压降补偿项，使得在不改变电压间差异值情况下，实现精确的有功功率均分。
(2.3)确定各阶段电压二次控制的触发机制；
同样，采用事件发生器来协调三阶段控制的运行，通过并采用如式(11)所示的算法处理接收的电压信息，以得到电压控制指令，并发送至电压二次控制，通过控制阶段控制增益来实现各阶段的触发。
其中，Ud1，Ud2是频率在三个阶段对应的三种运行情况间的临界值。
进一步的，步骤3中，考虑各DG间的通讯，本发明采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞特性来设计内环鲁棒控制方法，以保证***在通讯时滞影响下的鲁棒性，具体如下：
(3.1)确定基于触发机制的通讯方案；
在微电网中，周期性的数据传输机制可能会经通讯网络发送一些不必要的信息，导致部分网络带宽被浪费，因此本发明采用触发机制的通讯方案，采用事件发生器来决定哪些数据应该被传输。首先对来各DG的数据或控制信号进行采样，然后在事件发生器中使用如式(12)所示的算法，来决定应被传输至二次控制的采样数据。
eT(t)Ωe(t)≥σyT(t-τ(t))Ωy(t-τ(t))， (12)
其中，e(t)是采样偏差，Ω是对称正定矩阵，y(t-τ(t))是采样数据，以及σ∈[0,1]。当且仅当采样偏差满足式(12)的采样数据才会被通讯网络传输至二次控制。
(3.2)考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法；
DG的动态数学模型可写为以下形式
其中，x(t)是状态变量，u(t-τ(t))是控制输入，ω(t)是外部扰动，z(t)是控制输出，A，B，C，D是系数矩阵，上述所有的变量可根据DG的实际结构来确定，tkh是数据传输时刻，τk是通讯时滞。
采用如下状态反馈控制：
u(t-τ(t))＝Kx(t-τ(t))， (14)
其中，K是反馈控制增益。
可定义通讯时滞为
τ(t)＝t-(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (15)
其中，tkh+ikh是数据采样时刻。
则当前采样时刻与上个采样时刻的状态偏差为
e(t)＝x(tkh)-x(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (16)
根据式(14)-(16)，式(13)所示的DG动态数学模型可表示为
为使式(17)所示的DG模型是渐进稳定的，可采用Lyapunov函数稳定性判定方法求解出反馈控制增益K。
与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：
1、将二次控制分为多阶段控制，采用触发机制去协调各阶段，注意有且仅有一个阶段控制被触发，提高控制精度。
2、二次控制主要采用PI控制实现参数间的同步跟踪，以尽可能减小偏离值或差异值，一旦频率的偏离值或差异值较大，可采用无功补偿或线路压降补偿。
3、采用触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法。
附图说明
图1为本发明中DG的事件触发分层控制方案图。
图2为本发明中DG的传统下垂特性曲线图。
图3为本发明中DG的事件触发分层控制***图。
图4为本发明中数据的采样及传输图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明所述方法为：建立两层控制体系：一次控制和二次控制。一次控制采用基于传统Q-f/P-U下垂控制的闭环控制方式；在二次控制中，根据不同大小负荷时的频率及电压范围，采用多阶段控制方式来提高控制精度，并采用事件触发机制协调多个阶段的运行；频率控制可分为两阶段，各阶段采用通过PI控制方式；电压控制可分为三阶段，一、二阶段采用PI控制方式，三阶段采用线路压降补偿控制方式；一次控制以二次控制的输出信号为补偿信号，以恢复频率及消除均分误差；考虑各DG间的信息交互，采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法，尽可能使***在通讯时滞的影响下保持鲁棒性。所述方法的具体内容如下：
具体内容如下：
步骤1，设计基于触发机制的两阶段频率二次控制方法；
基于图2(a)所示的DG运行频率的下垂特性曲线，其中，fmax是DG的最大运行频率，Qmax是DG的最大输出无功功率，Δf是DG的频率偏离值。本发明采用两阶段频率二次控制方法，其中，一、二阶段均采用PI控制方式，最后确定各阶段的触发机制，旨在实现精确的频率恢复具体如下：
(1.1)分析DG运行频率的Q-f下垂特性；
微电网中所有DG均采用传统无功-频率下垂控制，则对于其中任意一个DG，如DGi，其频率下垂控制公式如下
fi(t)＝fn-mi(Qi(t)-Qni)， (1)
其中，fi(t)是DGi运行频率，fn是频率额定值，mi是无功下垂系数，Qi(t)是DGi实际输出无功功率，Qni是DGi无功额定值。
无功-频率下垂控制的特点是根据微电网中DG的实际输出无功功率来控制其运行频率，如图2(a)所示，当且仅当输出无功功率等于其额定值时，运行频率才能稳定在额定值50Hz，然而DG的输出无功功率会随微电网中的负荷的变化而变化，因此其运行频率会偏离额定值。
(1.2)确定两阶段频率二次控制方法；
如图3所示，频率二次控制***均采用PI控制为DG的频率下垂控制***提供控制补偿信号，一阶段控制***旨在减小运行频率与额定值间的偏离值，二阶段控制***通过增加无功补偿项缩小运行频率偏离值，再以与一阶段控制***相同的方式减小偏离值，最终实现频率恢复。频率分层控制***基于式(2)建立，其中两阶段频率二次控制***分别基于式(3)，(4)建立。
fi(t)＝fn-mi(Qi(t)-Qni)
+a1iδ1ifi(t-τ(t))+a2iδ2ifi(t-τ(t))， (2)
其中，a1i，a2i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，τ(t)是通讯时滞，δ1ifi(t-τ(t))，δ2ifi(t-τ(t))分别是二次控制中对应的各阶段控制信号，具体如下
其中，k1ifp，k1ifi是一阶段控制的PI控制系数，k2ifp，k2ifi是二阶段控制的PI控制系数，N是DGi的邻接DG(DGj)的个数。
(1.3)确定各阶段频率二次控制的触发机制；
如图3所示，事件发生器通过感知接收到的频率信息，并采用如式(5)所示的算法来得到相应的控制指令，并将其传输至二次控制，通过控制阶段控制增益来实现各阶段的触发。
其中，fd是频率在两个阶段对应的两种运行情况间的临界值。
步骤2，设计基于触发机制的三阶段电压二次控制方法；
基于图2(b)所示的DG输出电压的下垂特性曲线，其中，Umax是DG的最大输出电压，Pmax是DG的最大输出有功功率，ΔU是DG的电压偏离值。本发明采用三阶段电压二次控制方法，其中，一、二阶段采用PI控制，三阶段采用线路压降补偿控制，最后确定各阶段的触发机制，旨在实现精确的有功功率均分，具体如下：
(2.1)分析DG输出电压的P-U下垂特性；
DGi的电压下垂控制公式如下
Ui(t)＝Un-ni(Pi(t)-Pni)， (6)
其中，Ui(t)是DGi输出电压，Un是电压额定值，ni是有功下垂系数，Pi(t)是DGi实际输出有功功率，Pni是DGi有功额定值。
如图2(b)所示，在电压下垂控制中，当DG的输出有功功率随负荷而变化时，其输出电压会偏离额定值。
(2.2)确定三阶段电压二次控制方法；
如图3所示，电压二次控制***采用PI控制或线路压降补偿为DG的电压下垂控制***提供控制补偿信号，一阶段控制***旨在减小电压偏离值，二阶段控制***旨在减小电压间差异值，三阶段控制***通过增加线路压降补偿项，使得在不改变电压间差异值情况下，实现精确的有功功率均分。电压分层控制***基于式(7)建立，其中三阶段电压二次控制***分别基于式(8)，(9)，(10)建立。
Ui(t)＝Un+ni(Pi(t)-Pni)+b1iδ1iUi(t-τ(t))
+b2iδ2iUi(t-τ(t))+b3iδ3iUi(t-τ(t))， (7)
其中，b1i，b2i，b3i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，δ1iUi(t-τ(t))，δ2iUi(t-τ(t))，δ3iUi(t-τ(t))分别是二次控制中的各阶段输出控制信号，具体如下
δ3iUi(t-τ(t))＝(Pi(t-τ(t))-Pni)Rli/Un， (10)
其中，k1iup，k1iui是一阶段控制的PI控制系数，k2iup，k2iui是二阶段控制的PI控制系数，Rli是线路电阻。
(2.3)确定各阶段电压二次控制的触发机制；
如图3所示，事件发生器采用如式(11)所示的算法处理接收的电压信息，以得到电压控制指令，并将其发送至电压二次控制，通过控制阶段控制增益来实现各阶段的触发。
其中，Ud1，Ud2是频率在三个阶段对应的三种运行情况间的临界值。
步骤3，采用触发机制通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法；
本发明采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞特性来设计内环鲁棒控制方法，以保证***在通讯时滞影响下的鲁棒性，具体如下：
(3.1)确定基于触发机制的通讯方案；
如图3所示，控制***中的事件发生器通过对来各DG的数据或控制信号进行采样，然后采用如式(12)所示的算法来决定应被传输至二次控制的采样数据。
eT(t)Ωe(t)≥σyT(t-τ(t))Ωy(t-τ(t))， (12)
其中，e(t)是采样偏差，Ω是对称正定矩阵，y(t-τ(t))是采样数据，以及σ∈[0,1]。当且仅当采样偏差满足式(12)的采样数据才会被通讯网络传输至二次控制。
(3.2)考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法；
依据图3中的DG结构，可得其动态数学模型可写为以下形式
其中，x(t)是状态变量，u(t-τ(t))是控制输入，ω(t)是外部扰动，z(t)是控制输出，tkh是数据传输时刻，τk是通讯时滞，A，B，C，D是系数矩阵，具体如下：
x(t)＝[Δil(t) Δio(t) Δuo(t)]T,u(t-τ(t))＝Δun(t-τ(t)),ω(t)＝Δus(t),z(t)＝Δuo(t)，
其中，Ll是线路电感，Rl是线路电阻，Lf是滤波电感，Cf是滤波电容，il(t)是滤波电感电流，io(t)是线路电流，uo(t)是滤波电容电压，un(t)是逆变器输出电压，us(t)是公共母线电压。
如图3所示，内环控制器采用如下状态反馈控制：
u(t-τ(t))＝Kx(t-τ(t))， (14)
其中，K是反馈控制增益。
如图4所示，可定义通讯时滞为
τ(t)＝t-(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (15)
其中，tkh+ikh是数据采样时刻。
则当前采样时刻与上个采样时刻的状态偏差，即采样偏差为
e(t)＝x(tkh)-x(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (16)
根据式(14)-(16)，式(133)所示的DG动态数学模型可表示为
为使式(11)所示的DG模型是渐进稳定的，可采用Lyapunov函数稳定性判定方法求解出内环控制器中的反馈控制增益K。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，其特征在于，所述方法为：
建立两层控制体系：一次控制和二次控制；一次控制采用基于传统Q-f/P-U下垂控制的闭环控制方式；在二次控制中，根据不同大小负荷时的频率及电压范围，采用多阶段频率和电压二次控制方式来提高控制精度，并采用事件触发机制协调多个阶段的运行；频率二次控制可分为两阶段，各阶段均采用PI控制方式；电压二次控制可分为三阶段，一、二阶段均采用PI控制方式，三阶段采用线路压降补偿控制方式；一次控制以二次控制的输出信号为补偿信号，以恢复频率及消除均分误差；考虑各DG间的信息交互，采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法，使***在通讯时滞的影响下保持鲁棒性。
2.根据权利要求1所述的一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，其特征在于，所述方法的具体内容如下：
步骤1，设计基于触发机制的两阶段频率二次控制方法；
步骤2，设计基于触发机制的三阶段电压二次控制方法；
步骤3，采用触发机制通讯方案，考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法。
3.根据权利要求2所述的一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，其特征在于，步骤1中，基于DG运行频率的Q-f下垂特性，采用两阶段频率二次控制方法，其中，一、二阶段均采用PI控制方式，确定各阶段的触发机制，旨在实现精确的频率恢复，具体如下：
(1.1)分析DG运行频率的Q-f下垂特性；
微电网中所有DG均采用传统无功-频率下垂控制，则对于其中任意一个DG，如DGi，其频率下垂控制公式如下
fi(t)＝fn-mi(Qi(t)-Qni)， (1)
其中，fi(t)是DGi运行频率，fn是频率额定值，mi是无功下垂系数，Qi(t)是DGi实际输出无功功率，Qni是DGi无功额定值；
由式(1)可得，当且仅当输出无功功率等于其额定值时，运行频率才能稳定在额定值50Hz，然而DG的输出无功功率会随微电网中的负荷的变化而变化，因此其运行频率会偏离额定值；
(1.2)确定两阶段频率二次控制方法；
根据DG频率运行情况，采用如式(2)所示的改进频率控制，其中二次控制分为两阶段控制，分别为一次控制提供额外的频率下垂补偿信号；
其中，a1i、a2i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，τ(t)是通讯时滞，δ1ifi(t-τ(t))，δ2ifi(t-τ(t))分别是二次控制中的各阶段输出控制信号，具体如下
其中，k1ifp、k1ifi是一阶段控制的PI控制系数，k2ifp、k2ifi是二阶段控制的PI控制系数，N是DGi的邻接DG(DGj)的个数；
如(3)所示，一阶段控制旨在实现运行频率对额定值的同步跟踪，以尽可能减小运行频率与额定值间的偏离值；如(4)所示，二阶段控制通过增加无功补偿项先缩小运行频率偏离值，再以与一阶段相同的方式减小偏离值，最终实现频率恢复。
(1.3)确定各阶段频率二次控制的触发机制；
采用事件发生器来协调两阶段频率二次控制的运行，通过式(5)所示的算法控制阶段控制增益来实现各阶段的触发；
其中，fd是频率在两个阶段对应的两种运行情况间的临界值。
4.根据权利要求2所述的一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，其特征在于，步骤2中，基于DG输出电压的P-U下垂特性，采用三阶段电压二次控制方法，其中，一、二阶段均采用PI控制，三阶段采用线路压降补偿控制，最后确定各阶段的触发机制，实现精确的有功功率均分，具体如下：
(2.1)分析DG输出电压的P-U下垂特性；
DGi的电压下垂控制公式如下
Ui(t)＝Un-ni(Pi(t)-Pni)， (6)
其中，Ui(t)是DGi输出电压，Un是电压额定值，ni是有功下垂系数，Pi(t)是DGi实际输出有功功率，Pni是DGi有功额定值；
类似于频率下垂控制，在电压下垂控制中，当DG的输出有功功率随负荷而变化时，其输出电压会偏离额定值。
(2.2)确定三阶段电压二次控制方法；
根据DG电压运行情况，采用式(7)所示的改进电压控制，其中二次控制分为三阶段控制，分别为一次控制提供额外的电压下垂补偿信号；
其中，b1i，b2i，b3i是取决于触发机制的二次控制中的阶段控制增益，δ1iUi(t-τ(t))，δ2iUi(t-τ(t))，δ3iUi(t-τ(t))分别是二次控制中的各阶段输出控制信号，具体如下
δ3iUi(t-τ(t))＝(Pi(t-τ(t))-Pni)Rli/Un， (10)
其中，k1iup、k1iui是一阶段控制的PI控制系数，k2iup、k2iui是二阶段控制的PI控制系数，Rli是线路电阻；
如(8)所示，一阶段控制旨在实现输出电压对额定值的同步跟踪，以尽可能减小偏离值；如(9)所示，二阶段控制旨在实现输出电压间的同步跟踪，以尽可能减小电压间的差异值；如(10)所示，因三阶段控制所对应的电压间差异值较大，会降低PI同步跟踪效果，故增加线路压降补偿项，使得在不改变电压间差异值情况下，实现精确的有功功率均分。
(2.3)确定各阶段电压二次控制的触发机制；
采用事件发生器来协调三阶段电压二次控制的运行，通过式(11)所示的算法控制阶段控制增益来实现各阶段的触发；
其中，Ud1，Ud2是频率在三个阶段对应的三种运行情况间的临界值。
5.根据权利要求2所述的一种考虑通讯时滞的微电网事件触发分层控制方法，其特征在于，步骤3中，考虑各DG间的通讯，采用基于触发机制的通讯方案，并考虑通讯时滞特性来设计内环鲁棒控制方法，以保证***在通讯时滞影响下的鲁棒性，具体如下：
(3.1)确定基于触发机制的通讯方案；
采用事件发生器首先对来各DG的数据或控制信号进行采样，然后采用如式(12)所示的算法来决定应被传输至二次控制的采样数据；
eT(t)Ωe(t)≥σyT(t-τ(t))Ωy(t-τ(t))， (12)
其中，e(t)是采样偏差，Ω是对称正定矩阵，y(t-τ(t))是采样数据，以及σ∈[0,1]；当且仅当采样偏差满足式(12)的采样数据才会被通讯网络传输至二次控制；
(3.2)考虑通讯时滞设计内环鲁棒控制方法；
依据DG的实际结构，将其动态数学模型写为以下形式
其中，x(t)是状态变量，u(t-τ(t))是控制输入，ω(t)是外部扰动，z(t)是控制输出，tkh是数据传输时刻，τk是通讯时滞，A，B，C，D是系数矩阵，具体如下：
x(t)＝[Δil(t)Δio(t)Δuo(t)]T,u(t-τ(t))＝Δun(t-τ(t)),ω(t)＝Δus(t),z(t)＝Δuo(t)，
其中，Ll是线路电感，Rl是线路电阻，Lf是滤波电感，Cf是滤波电容，il(t)是滤波电感电流，io(t)是线路电流，uo(t)是滤波电容电压，un(t)是逆变器输出电压，us(t)是公共母线电压；
在DG的内环控制器采用如下状态反馈控制：
u(t-τ(t))＝Kx(t-τ(t))， (14)
其中，K是反馈控制增益；
定义通讯时滞为
τ(t)＝t-(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (15)
其中，tkh+ikh是数据采样时刻；
则当前采样时刻与上个采样时刻的状态偏差，即采样偏差为
e(t)＝x(tkh)-x(tkh+ikh)；t∈[tkh+τk,tk+1h+τk+1)， (16)
根据式(14)-(16)，式(13)所示的DG动态数学模型可表示为
为使式(17)所示的DG模型是渐进稳定的，采用Lyapunov函数稳定性判定方法求解出内环控制器中的反馈控制增益K。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110071514A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-30 | 电子科技大学 | 一种用于功率分配和电压频率恢复的一致性下垂控制方法 |
| CN110611333A (zh) * | 2019-11-11 | 2019-12-24 | 燕山大学 | 一种考虑通信问题的孤岛微电网分布式协调控制方法 |
| CN111342450A (zh) * | 2020-03-07 | 2020-06-26 | 西南交通大学 | 考虑不确定光伏与负荷的牵引供电***鲁棒能量管理方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803679B1 (en) * | 2003-10-02 | 2004-10-12 | Phoenixtec Power Co., Ltd. | Parallel redundant power system and method for control of the power system |
| CN104578182A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-29 | 湖南大学 | 一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方法 |
-
2018
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803679B1 (en) * | 2003-10-02 | 2004-10-12 | Phoenixtec Power Co., Ltd. | Parallel redundant power system and method for control of the power system |
| CN104578182A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-29 | 湖南大学 | 一种低延时鲁棒功率下垂多环控制方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110071514A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-30 | 电子科技大学 | 一种用于功率分配和电压频率恢复的一致性下垂控制方法 |
| CN110071514B (zh) * | 2019-05-14 | 2022-11-29 | 电子科技大学 | 一种用于功率分配和电压频率恢复的一致性下垂控制方法 |
| CN110611333A (zh) * | 2019-11-11 | 2019-12-24 | 燕山大学 | 一种考虑通信问题的孤岛微电网分布式协调控制方法 |
| CN111342450A (zh) * | 2020-03-07 | 2020-06-26 | 西南交通大学 | 考虑不确定光伏与负荷的牵引供电***鲁棒能量管理方法 |
| CN111342450B (zh) * | 2020-03-07 | 2022-08-23 | 西南交通大学 | 考虑不确定光伏与负荷的牵引供电***鲁棒能量管理方法 |
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