本發(fā)明涉及一種計(jì)及經(jīng)濟(jì)特性的孤島微網(wǎng)頻率協(xié)同控制方法，屬于孤島微網(wǎng)頻率控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

孤島微網(wǎng)是一個(gè)能夠自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，現(xiàn)階段主要是由中央控制器通過專用通信網(wǎng)控制各微源的運(yùn)行。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和“能源互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的到來，一方面通信網(wǎng)絡(luò)要求更加開放、更加靈活多變；另一方面微網(wǎng)本身不僅需要容納更多的分布式能源以“即插即用”的形式接入，還要允許可控負(fù)荷主動(dòng)參與優(yōu)化運(yùn)行；同時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行始終是用戶的關(guān)注重點(diǎn)。上述問題在孤島微網(wǎng)的頻率控制中體現(xiàn)的尤為明顯，傳統(tǒng)控制方法將面臨巨大挑戰(zhàn)，需要研究計(jì)及經(jīng)濟(jì)特性的孤島微網(wǎng)有功協(xié)同控制方法。

基于一致性理論的完全分布式算法是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度協(xié)同優(yōu)化的重要技術(shù)路線，其主要特點(diǎn)是弱化甚至取消微網(wǎng)的中央控制器，所有參與者僅需與鄰居單元通信，并根據(jù)統(tǒng)一規(guī)則自主控制從而實(shí)現(xiàn)互利共贏。

文獻(xiàn)一《Convergence analysis of the incremental cost consensus algorithm under different communication network topologies in a smart grid》(IEEE Transactions on Power Systems，2012年第27卷第4期第1761頁(yè))提出了成本微增率一致性(incremental cost consensus,ICC)算法，將發(fā)電機(jī)的成本微增率設(shè)為一階一致性算法的狀態(tài)變量，在“領(lǐng)導(dǎo)發(fā)電機(jī)”的牽引下，各發(fā)電機(jī)僅通過與鄰居單元的通信就能自主控制，使出力滿足“等微增率準(zhǔn)則”要求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。但“領(lǐng)導(dǎo)發(fā)電機(jī)”仍需要統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)各單元的信息，一旦遭到攻擊，全網(wǎng)的協(xié)同計(jì)算就不能保證有效。

文獻(xiàn)二《Consensus Based Approach for Economic Dispatch Problem in a Smart Grid》(IEEE Transactions on Power Systems，2013年第28卷第4期第4416頁(yè))改進(jìn)了ICC算法，徹底取消了“領(lǐng)導(dǎo)發(fā)電機(jī)”，各發(fā)電機(jī)按照統(tǒng)一的規(guī)則與鄰居交互信息和自主控制即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，但是該方法不能很好的適應(yīng)負(fù)荷單元的功率需求波動(dòng)。

文獻(xiàn)三《基于信息物理系統(tǒng)的孤島微網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度的一致性協(xié)同算法》(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016年第36卷第6期第1471頁(yè))改進(jìn)文獻(xiàn)二的算法，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)及負(fù)荷單元的功率需求波動(dòng)，并提出了帶權(quán)重的系數(shù)矩陣，提高了算法的收斂速度。但是由于沒有考慮系統(tǒng)頻率控制問題，使得系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)調(diào)度的過程中頻率會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的偏移。

文獻(xiàn)四《A fully distributed power dispatch method for fast frequency recovery and minimal generation cost in autonomous microgrids》(IEEE Transactions on Smart Grid，2016年第7卷第1期第19頁(yè))在一致性算法的基礎(chǔ)上提出了以系統(tǒng)頻率為反饋控制信號(hào)的協(xié)同控制算法，能以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的快速恢復(fù)。但頻率受系統(tǒng)慣性的影響存在一定的滯后性，不能自適應(yīng)調(diào)節(jié)頻率反饋力度的話往往需要經(jīng)過多次振蕩才能收斂；并且頻率信號(hào)的測(cè)量很容易引入誤差，而該文獻(xiàn)對(duì)此的策略是在系統(tǒng)頻率出現(xiàn)異常時(shí)緊急切除所有單元的頻率反饋信號(hào)，這樣的做法會(huì)使系統(tǒng)呈無控制狀態(tài)發(fā)展，存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種計(jì)及經(jīng)濟(jì)特性的孤島微網(wǎng)頻率協(xié)同控制方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種計(jì)及經(jīng)濟(jì)特性的孤島微網(wǎng)頻率協(xié)同控制方法，包括以下步驟，

步驟1，初始化參數(shù)；

各單元在接入孤島微網(wǎng)之前初始化其有功出力、成本微增率以及全局感知項(xiàng)；

步驟2，修正鄰居單元權(quán)重；

檢測(cè)本單元t時(shí)刻的輸入型、輸出型鄰居單元集合與t-Δt時(shí)刻相比是否有變化，若有變化，則結(jié)合單元自身屬性分別給輸入型和輸出型鄰居單元修正權(quán)重；其中，Δt為控制周期；

步驟3，計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令；

測(cè)量t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率，結(jié)合本單元的實(shí)際情況計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令；

步驟4，自適應(yīng)調(diào)節(jié)頻率反饋系數(shù)；

根據(jù)t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率測(cè)量值更新頻率誤差校對(duì)項(xiàng)，并讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的頻率誤差校對(duì)項(xiàng)，對(duì)比確認(rèn)本單元所測(cè)頻率無誤差后，再根據(jù)全局反饋項(xiàng)調(diào)整頻率反饋系數(shù)；

步驟5，計(jì)算有功出力指令；

讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的成本微增率，根據(jù)步驟4得到的頻率反饋系數(shù)、t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率測(cè)量值、以及本單元發(fā)電設(shè)備t時(shí)刻的成本微增率和有功出力上下限，計(jì)算該單元的有功出力指令；

步驟6，更新全局感知項(xiàng)；

用電設(shè)備執(zhí)行步驟3的可控負(fù)荷響應(yīng)指令，發(fā)電設(shè)備執(zhí)行步驟5的有功出力指令，在t+Δt時(shí)刻測(cè)量發(fā)電設(shè)備實(shí)際的有功出力和用電設(shè)備實(shí)際的有功需求值，并讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)以及分配給本單元的權(quán)重，更新本單元在t+Δt時(shí)刻的全局感知項(xiàng)，返回步驟2進(jìn)行下一輪計(jì)算。

初始化參數(shù)的公式為，

$P_i\left(0\right)\∈\[{\underset{\‾}{P}}_i,{\stackrel{\‾}{P}}_i\]$

μ_i(0)＝2a_iP_i(0)+b_i

h_i(0)＝D_i(0)-P_i(0)

式中，P_i(0)、μ_i(0)、h_i(0)分別為單元i有功出力、成本微增率、全局感知項(xiàng)的初始化量，P_i、分別為單元i有功出力的下限、上限，D_i(0)為單元i在并網(wǎng)前的有功需求，a_i、b_i為單元i發(fā)電成本函數(shù)的系數(shù)。

修正鄰居單元權(quán)重的公式為，

修正輸入型鄰居單元權(quán)重的公式為：

式中，w_i,j表示單元j在單元i的輸入型鄰居中占的權(quán)重，ξ_i表示單元i自身在其輸入型鄰居單元中所占權(quán)重，為單元i的輸入型鄰居集合，為單元i的輸入型鄰居總數(shù)；

修正輸出型鄰居單元權(quán)重的公式為：

式中，v_s,i表示單元s在單元i的輸出型鄰居中占的權(quán)重，ξ_i′表示單元i自身在其輸出型鄰居單元中所占權(quán)重，為單元i的輸出型鄰居集合，為單元i的輸出型鄰居總數(shù)。

計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令的過程為，

確定時(shí)刻t到t+Δt之間，單元i的柔性負(fù)荷可切除的功率ΔD′_i,d(t)、可時(shí)移負(fù)荷可切除的功率ΔD″_i,d(t)以及可時(shí)移負(fù)荷可增加的功率ΔD″_i,u(t)計(jì)；

計(jì)算公式為：

ΔD′_i,d(t)＝σ_i(D′_i,0-D′_i,min)

ΔD″_i,d(t)＝σ_i(D″_i,0-D″_i,min)

ΔD″_i,u(t)＝σ_i(D″_i,max-D″_i,0)

式中，σ_i為響應(yīng)系數(shù)，D′_i,min為單元i柔性負(fù)荷的下限，D″_i,max與D″_i,min分別為單元i可時(shí)移負(fù)荷功率的上下限，D′_i，0和D″_i,0分別為單元i柔性負(fù)荷和可時(shí)移負(fù)荷的初態(tài)；

分別計(jì)算單元i中柔性負(fù)荷的響應(yīng)指令D_i′(t+Δt)以及可時(shí)移負(fù)荷的響應(yīng)指令D_i″(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

式中，f_D,max、f_D,min分別為需求側(cè)響應(yīng)的高頻、低頻門檻值，f_i(t)為t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率；

可控負(fù)荷響應(yīng)指令計(jì)算公式為：

$D_i^{*}(t+\mathrm{\Δ}t)=D_i^{\′}(t+\mathrm{\Δ}t)+D_i^{\′\′}(t+\mathrm{\Δ}t)$

式中，為可控負(fù)荷響應(yīng)指令。

自適應(yīng)調(diào)節(jié)頻率反饋系數(shù)的過程為，

測(cè)量t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率f_i(t)，更新頻率誤差校對(duì)項(xiàng)e_i(t)，即將所采集到的有限個(gè)實(shí)時(shí)頻率排列成向量，具體公式為：

e_i(t)＝(f_i(t),f_i(t-Δt),f_i(t-2·Δt),…,f_i(t-m·Δt))

式中，m為正整數(shù)；

然后從所有輸入型鄰居單元讀取t時(shí)刻的誤差校對(duì)項(xiàng)，將自身t時(shí)刻的誤差校對(duì)項(xiàng)e_i(t)逐個(gè)與上述各個(gè)校對(duì)項(xiàng)相減，只要與其中任一校對(duì)項(xiàng)相減所得的向量中不含0元素，則判定所測(cè)的頻率有誤差，并將頻率反饋系數(shù)ε_i設(shè)為0；否則根據(jù)t時(shí)刻系統(tǒng)頻率測(cè)量值f_i(t)以及自身的全局感知項(xiàng)h_i(t)進(jìn)行如下設(shè)定：

式中：δ_i為調(diào)節(jié)因子；為單元i的頻率反饋系數(shù)基值。

計(jì)算有功出力指令的過程為，

從所有輸入型鄰居單元讀取t時(shí)刻的成本微增率，估計(jì)本單元從時(shí)t到t+Δt之間的成本微增率μ_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

${\mathrm{\μ}}_i(t+\mathrm{\Δ}t)=\underset{j\∈N_i^{in}}{\Σ}{w}_{i,j}{\mathrm{\μ}}_j\left(t\right)+{\mathrm{\ϵ}}_i(f_0-f_i(t\left)\right)$

式中：f₀為50Hz工頻，μ_j(t)為輸入型鄰居單元j在t時(shí)刻的成本微增率；

然后根據(jù)所估計(jì)的成本微增率μ_i(t+Δt)，計(jì)算無約束下的有功出力φ_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

φ_i(t+Δt)＝(μ_i(t+Δt)-b_i)/2a_i；

再考慮本單元發(fā)電設(shè)備有功出力的可調(diào)范圍約束，計(jì)算有功出力指令P_i^*(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

式中，P_i,max(t+Δt)和P_i,min(t+Δt)分別為在t+Δt時(shí)刻單元i有功出力能夠達(dá)到的最大和最小值。

更新全局感知項(xiàng)的過程為，

用電設(shè)備執(zhí)行可控負(fù)荷響應(yīng)指令，發(fā)電設(shè)備執(zhí)行有功出力指令，在t+Δt時(shí)刻測(cè)量發(fā)電設(shè)備實(shí)際的有功出力值P_i(t+Δt)和用電設(shè)備實(shí)際的有功需求值D_i(t+Δt)；

讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)以及分配給本單元的權(quán)重，更新本單元在t+Δt時(shí)刻的全局感知項(xiàng)h_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

$h_i(t+\mathrm{\Δ}t)=\underset{j\∈N_i^{in}}{\Σ}{v}_{i,j}{h}_j\left(t\right)-\left(P_i\right(t+\mathrm{\Δ}t)-P_i(t\left)\right)+\left(D_i\right(t+\mathrm{\Δ}t)-D_i(t\left)\right)$

式中，v_i,j為輸入型鄰居單元j分配給單元i的權(quán)重；h_j(t)為單元j在t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1、本發(fā)明區(qū)別于所有依賴于中央控制器進(jìn)行計(jì)算與控制的傳統(tǒng)技術(shù)路線，各單元只需要與少量的鄰居單元通信、進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)全局的優(yōu)化控制，對(duì)微網(wǎng)中分布式電源“即插即用”的使用需求有良好的應(yīng)用前景；2、本發(fā)明中可控負(fù)荷的響應(yīng)程度由用戶自己決定，不需要對(duì)外公布，具有良好保密性；3、本發(fā)明的頻率反饋參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略可以自動(dòng)排除帶有測(cè)量誤差的頻率反饋，不需要等到系統(tǒng)出現(xiàn)明顯頻率異常時(shí)再啟用緊急控制手段；4、本發(fā)明的頻率反饋參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略帶有各個(gè)單元對(duì)全局的感知信息，可以一定程度上抑制頻率反饋因系統(tǒng)慣性而帶來的滯后性。

附圖說明

圖1是孤島微網(wǎng)協(xié)同控制體系示意圖。

圖2是本發(fā)明方法的總體流程框圖。

圖3是仿真算例孤島微網(wǎng)模擬系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖4是模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行中頻率與可控負(fù)荷的響應(yīng)曲線圖。

圖5是本發(fā)明“自適應(yīng)”調(diào)整反饋系數(shù)后模擬系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線。

圖6是僅使用“固定”基值為反饋系數(shù)后模擬系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線。

圖7是模擬系統(tǒng)對(duì)頻率測(cè)量誤差的控制效果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明所實(shí)施的對(duì)象是有協(xié)同計(jì)算能力的孤島微網(wǎng)，如圖1所示，整個(gè)控制體系由通信網(wǎng)、物理微網(wǎng)和相互平等、獨(dú)立的單元組成，各單元內(nèi)部含有通信器、決策器以及物理設(shè)備3部分。通信網(wǎng)與物理電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各自獨(dú)立，依靠各決策器結(jié)合在一起。物理設(shè)備包括發(fā)電與用電2個(gè)模塊，發(fā)電模塊為各類型的電源，包括柴油發(fā)電機(jī)，新能源發(fā)電設(shè)備(renewable generation，RG)以及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(battery energy storage system，BESS)，當(dāng)BESS工作在充電模式時(shí)相當(dāng)于功率為負(fù)的發(fā)電機(jī)；用電模塊分為普通負(fù)荷，中央空調(diào)、電冰箱、電熱水器等柔性負(fù)荷，以及電動(dòng)汽車、家用充電設(shè)備等可平移負(fù)荷或上述3類的組合體。純用電單元的發(fā)電模塊為空，純發(fā)電單元的用電模塊為空。

如圖2所示，一種計(jì)及經(jīng)濟(jì)特性的孤島微網(wǎng)頻率協(xié)同控制方法，系統(tǒng)中各單元需要按統(tǒng)一的時(shí)間步滾動(dòng)計(jì)算，具體包括以下步驟：

步驟1，初始化參數(shù)；各單元在接入孤島微網(wǎng)之前初始化其有功出力、成本微增率以及全局感知項(xiàng)。

初始化參數(shù)的公式為：

$P_i\left(0\right)\∈\[{\underset{\‾}{P}}_i,{\stackrel{\‾}{P}}_i\]$

μ_i(0)＝2a_iP_i(0)+b_i

h_i(0)＝D_i(0)-P_i(0)

式中，P_i(0)、μ_i(0)、h_i(0)分別為單元i有功出力、成本微增率、全局感知項(xiàng)的初始化量，P_i、分別為單元i有功出力的下限、上限，D_i(0)為單元i在并網(wǎng)前的有功需求，a_i、b_i為單元i發(fā)電成本函數(shù)的系數(shù)。

單元i發(fā)電成本函數(shù)可表示為：

C_i(P_i)＝a_iP_i²+b_iP_i+c_i

式中，c_i為單元i發(fā)電成本函數(shù)的系數(shù)。

本發(fā)明共涉及3種發(fā)電設(shè)備：柴油發(fā)電機(jī)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(battery energy storage system，BESS)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)(renewable generation，RG)。當(dāng)單元i的發(fā)電設(shè)備是柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，a_i、b_i、c_i均大于0；當(dāng)單元i的發(fā)電設(shè)備是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，a_i大于0，b_i和c_i均等于0；當(dāng)單元i的發(fā)電設(shè)備是可再生能源發(fā)電系統(tǒng)或沒有發(fā)電設(shè)備時(shí)，a_i、b_i、c_i均等于0。

步驟2，修正鄰居單元權(quán)重；檢測(cè)本單元t時(shí)刻的輸入型、輸出型鄰居單元集合與t-Δt時(shí)刻相比是否有變化，若有變化，則結(jié)合單元自身屬性分別給輸入型和輸出型鄰居單元修正權(quán)重；其中，Δt為控制周期。

根據(jù)文獻(xiàn)三《基于信息物理系統(tǒng)的孤島微網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度的一致性協(xié)同算法》(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016年第36卷第6期第1471頁(yè))，修正輸入型鄰居單元權(quán)重的公式為：

式中，w_i,j表示單元j在單元i的輸入型鄰居中占的權(quán)重，ξ_i表示單元i自身在其輸入型鄰居單元中所占權(quán)重，為單元i的輸入型鄰居集合，為單元i的輸入型鄰居總數(shù)，即是大于0的正整數(shù)；單元i本身也屬于自己的輸入型鄰居單元。

單元i自身在其輸入型鄰居單元中所占權(quán)重ξ_i的取值范圍在0到1之間，當(dāng)單元i的發(fā)電設(shè)備是柴油發(fā)電機(jī)或電池儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，ξ_i取較大值，優(yōu)選為0.5；當(dāng)單元i的發(fā)電設(shè)備是可再生能源發(fā)電系統(tǒng)或沒有發(fā)電設(shè)備時(shí)，ξ_i取較小值，優(yōu)選為0.1。

修正輸出型鄰居單元權(quán)重的公式為：

式中，v_s,i表示單元s在單元i的輸出型鄰居中占的權(quán)重，ξ_i′表示單元i自身在其輸出型鄰居單元中所占權(quán)重，為單元i的輸出型鄰居集合，為單元i的輸出型鄰居總數(shù)，即是大于0的正整數(shù)；單元i本身也屬于自己的輸出型鄰居單元。

單元i自身在其輸出型鄰居單元中所占權(quán)重ξ_i′的取值范圍在0到1之間，優(yōu)選為0.5。

步驟3，計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令；測(cè)量t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率，結(jié)合本單元的實(shí)際情況計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令。

計(jì)劃可控負(fù)荷響應(yīng)指令的具體過程為：

確定時(shí)刻t到t+Δt之間，單元i的柔性負(fù)荷可切除的功率ΔD′_i,d(t)、可時(shí)移負(fù)荷可切除的功率ΔD″_i,d(t)以及可時(shí)移負(fù)荷可增加的功率ΔD″_i,u(t)計(jì)；

計(jì)算公式為：

ΔD′_i,d(t)＝σ_i(D′_i,0-D′_i,min)

ΔD″_i,d(t)＝σ_i(D″_i,0-D″_i,min)

ΔD″_i,u(t)＝σ_i(D″_i,max-D″_i,0)

式中，σ_i為響應(yīng)系數(shù)，取值范圍在0％～100％之間，可以自由設(shè)定，若單元i的用電設(shè)備不是可控負(fù)荷，則σ_i只能取為0％，D′_i,min為單元i柔性負(fù)荷的下限，D″_i,max與D″_i,min分別為單元i可時(shí)移負(fù)荷功率的上下限，D′_i,0和D″_i,0分別為單元i柔性負(fù)荷和可時(shí)移負(fù)荷的初態(tài)(即作為普通負(fù)荷的正常運(yùn)行狀態(tài))；

分別計(jì)算單元i中柔性負(fù)荷的響應(yīng)指令D_i′(t+Δt)以及可時(shí)移負(fù)荷的響應(yīng)指令D_i″(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

式中，f_D,max(>50HZ)、f_D,min(＜50HZ)分別為需求側(cè)響應(yīng)的高頻、低頻門檻值，f_i(t)為t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率；

可控負(fù)荷響應(yīng)指令計(jì)算公式為：

$D_i^{*}(t+\mathrm{\Δ}t)=D_i^{\′}(t+\mathrm{\Δ}t)+D_i^{\′\′}(t+\mathrm{\Δ}t)$

式中，為可控負(fù)荷響應(yīng)指令。

步驟4，自適應(yīng)調(diào)節(jié)頻率反饋系數(shù)；根據(jù)t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率測(cè)量值更新頻率誤差校對(duì)項(xiàng)，并讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的頻率誤差校對(duì)項(xiàng)，對(duì)比確認(rèn)本單元所測(cè)頻率無誤差后，再根據(jù)全局反饋項(xiàng)調(diào)整頻率反饋系數(shù)；若判定所測(cè)頻率有誤差，則頻率反饋系數(shù)直接置0。

頻率反饋系數(shù)的基值是預(yù)先設(shè)定的一個(gè)正數(shù)，控制著頻率反饋的力度。但頻率反饋本身就有2個(gè)缺點(diǎn)：1)孤島微網(wǎng)這個(gè)物理系統(tǒng)是個(gè)慣性系統(tǒng)，因此系統(tǒng)頻率必然受到慣性的影響；2)各單元需要自己測(cè)量系統(tǒng)頻率，很容易引入測(cè)量誤差，當(dāng)誤差達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引發(fā)系統(tǒng)頻率振蕩，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全。為了抑制上述缺點(diǎn)，頻率反饋系數(shù)需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況自適應(yīng)的調(diào)整，具體過程如下：

測(cè)量t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率f_i(t)，更新頻率誤差校對(duì)項(xiàng)e_i(t)，即將所采集到的有限個(gè)實(shí)時(shí)頻率排列成向量，具體公式為：

e_i(t)＝(f_i(t),f_i(t-Δt),f_i(t-2·Δt),…,f_i(t-m·Δt))

式中，m為正整數(shù)；

然后從所有輸入型鄰居單元讀取t時(shí)刻的誤差校對(duì)項(xiàng)，將自身t時(shí)刻的誤差校對(duì)項(xiàng)e_i(t)逐個(gè)與上述各個(gè)校對(duì)項(xiàng)相減，只要與其中任一校對(duì)項(xiàng)相減所得的向量中不含0元素，則判定所測(cè)的頻率有誤差，并將頻率反饋系數(shù)ε_i設(shè)為0；否則根據(jù)t時(shí)刻系統(tǒng)頻率測(cè)量值f_i(t)以及自身的全局感知項(xiàng)h_i(t)進(jìn)行如下設(shè)定：

控制策略為：

1)當(dāng)h_i(t)>0且f_i(t)>50HZ時(shí)，單元i判定系統(tǒng)此時(shí)有功出力少于需求，但此時(shí)系統(tǒng)仍將減少出力，因此減小ε_i從而削弱頻率反饋的力度。

2)當(dāng)h_i(t)<0且f_i(t)<50HZ時(shí)，單元i判定系統(tǒng)此時(shí)有功出力高于需求，但此時(shí)系統(tǒng)仍將增加出力，因此減小ε_i從而削弱頻率反饋的力度。

3)當(dāng)h_i(t)<0且f_i(t)>50HZ時(shí)，或h_i(t)>0且f_i(t)<50HZ時(shí)，全局感知項(xiàng)與控制算法的方向一致，因此維持原ε_i不變即可。

上述控制策略可表示為：

式中：δ_i為調(diào)節(jié)因子，取值范圍在0％～100％之間，可以自由設(shè)定，優(yōu)選為10％，為單元i的頻率反饋系數(shù)基值。

步驟5，計(jì)算有功出力指令；讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的成本微增率，根據(jù)步驟4得到的頻率反饋系數(shù)、t時(shí)刻的系統(tǒng)頻率測(cè)量值、以及本單元發(fā)電設(shè)備t時(shí)刻的成本微增率和有功出力上下限，計(jì)算該單元的有功出力指令。

計(jì)算有功出力指令的過程為，

從所有輸入型鄰居單元讀取t時(shí)刻的成本微增率，估計(jì)本單元從時(shí)t到t+Δt之間的成本微增率μ_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

${\mathrm{\&mu;}}_i(t+\mathrm{\&Delta;}t)=\underset{j\&Element;N_i^{in}}{\&Sigma;}{w}_{i,j}{\mathrm{\&mu;}}_j\left(t\right)+{\mathrm{\&epsiv;}}_i(f_0-f_i(t\left)\right)$

式中：f₀為50Hz工頻，μ_j(t)為輸入型鄰居單元j在t時(shí)刻的成本微增率；

然后根據(jù)所估計(jì)的成本微增率μ_i(t+Δt)，計(jì)算無約束下的有功出力φ_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

φ_i(t+Δt)＝(μ_i(t+Δt)-b_i)/2a_i；

再考慮本單元發(fā)電設(shè)備有功出力的可調(diào)范圍約束，計(jì)算有功出力指令P_i^*(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

式中，P_i,max(t+Δt)和P_i,min(t+Δt)分別為在t+Δt時(shí)刻單元i有功出力能夠達(dá)到的最大和最小值。

根據(jù)文獻(xiàn)三《基于信息物理系統(tǒng)的孤島微網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度的一致性協(xié)同算法》(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016年第36卷第6期第1471頁(yè))，若單元i的發(fā)電設(shè)備為柴油發(fā)電機(jī)，則P_i,max(t+Δt)和P_i,min(t+Δt)分別為：

$P_{i,\max }(t+\mathrm{\&Delta;}t)=\min ({\stackrel{\&OverBar;}{P}}_i,P_i(t)+{\mathrm{\&Delta;P}}_i^u)$

P_i,min(t+Δt)＝max(P_i,P_i(t)-ΔP_i^d)

式中，ΔP_i^u和ΔP_i^d分別為單元i在Δt內(nèi)向上和向下的爬坡約束。

若單元i的發(fā)電設(shè)備為BESS，則P_i,max(t+Δt)和P_i,min(t+Δt)分別為：

$P_{i,max}(t+\mathrm{\&Delta;}t)=min({\stackrel{\&OverBar;}{P}}_i,P_i(t)+{\mathrm{\&Delta;P}}_i^u,P_i^{SOC,dis}\left(t+\mathrm{\&Delta;}t\right))$

P_i,min(t+Δt)＝max(P_i,P_i(t)-ΔP_i^d,P_i^SOC,ch(t+Δt))

式中，P_i^SOC,dis(t+Δt)和P_i^SOC,ch(t+Δt)分別為單元i在Δt內(nèi)放電至下限或充電到上限所需的功率。

P_i^SOC,dis(t+Δt)和P_i^SOC,ch(t+Δt)可表示為：

$P_i^{SOC,dis}(t+\mathrm{\&Delta;}t)=\frac{\left({\mathrm{SOC}}_i\right(t)-{\mathrm{SOC}}_i^{\min })E_i{\mathrm{\&eta;}}_{i,dis}}{\mathrm{\&Delta;}t}$

$P_i^{SOC,ch}(t+\mathrm{\&Delta;}t)=\frac{\left({\mathrm{SOC}}_i\right(t)-{\mathrm{SOC}}_i^{\max })E_i}{{\mathrm{\&Delta;t\&eta;}}_{i,ch}}$

式中，E_i為單元i的儲(chǔ)能總?cè)萘浚?sub>i,ch和η_i,dis分別為充放電效率，SOC_i(t)指單元i在t時(shí)刻的荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)；分別為其SOC的下限和上限，所述SOC是指剩余電量占總?cè)萘康谋戎亍?/p>

步驟6，更新全局感知項(xiàng)；用電設(shè)備執(zhí)行步驟3的可控負(fù)荷響應(yīng)指令，發(fā)電設(shè)備執(zhí)行步驟5的有功出力指令，在t+Δt時(shí)刻測(cè)量發(fā)電設(shè)備實(shí)際的有功出力和用電設(shè)備實(shí)際的有功需求值，并讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)以及分配給本單元的權(quán)重，更新本單元在t+Δt時(shí)刻的全局感知項(xiàng)，返回步驟2進(jìn)行下一輪計(jì)算。

更新全局感知項(xiàng)的過程為：

用電設(shè)備執(zhí)行可控負(fù)荷響應(yīng)指令，發(fā)電設(shè)備執(zhí)行有功出力指令，在t+Δt時(shí)刻測(cè)量發(fā)電設(shè)備實(shí)際的有功出力值P_i(t+Δt)和用電設(shè)備實(shí)際的有功需求值D_i(t+Δt)；

讀取各輸入型鄰居單元t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)以及分配給本單元的權(quán)重，更新本單元在t+Δt時(shí)刻的全局感知項(xiàng)h_i(t+Δt)；

計(jì)算公式為：

$h_i(t+\mathrm{\&Delta;}t)=\underset{j\&Element;N_i^{in}}{\&Sigma;}{v}_{i,j}{h}_j\left(t\right)-\left(P_i\right(t+\mathrm{\&Delta;}t)-P_i(t\left)\right)+\left(D_i\right(t+\mathrm{\&Delta;}t)-D_i(t\left)\right)$

式中，v_i,j為輸入型鄰居單元j分配給單元i的權(quán)重；h_j(t)為單元j在t時(shí)刻的全局感知項(xiàng)。

為了測(cè)試上述方法的有效性，應(yīng)用該方法對(duì)一個(gè)孤島微網(wǎng)模擬系統(tǒng)的各類運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

采用改進(jìn)后的IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為孤島微網(wǎng)模擬系統(tǒng)，其中的15號(hào)單元為系統(tǒng)正常運(yùn)行后以“即插即用”方式接入系統(tǒng)的單元，如圖3所示，其中帶箭頭的虛線表示通信支路，向下的實(shí)線箭頭表示普通負(fù)荷，雙實(shí)線箭頭表示可調(diào)負(fù)荷。

各單元的參數(shù)如表一所示，其中G1～G3表示3種類型的柴油發(fā)電機(jī)；B1～B3表示3種類型的BESS，共同特征是容量為100kWh，SOC的上下限分別為0.9與0.1，充放電效率為0.9；RG表示可再生能源發(fā)電系統(tǒng)；D1表示柔性負(fù)荷，初態(tài)為用電狀態(tài)，D2表示可時(shí)移負(fù)荷，初態(tài)為斷電狀態(tài)。ΔD_i,u與ΔD_i,d分別為需求模塊可以啟動(dòng)、切除的負(fù)荷量。各單元所帶負(fù)荷的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)算例相同，各功率的單位是kW。

表一孤島微網(wǎng)模擬系統(tǒng)中各類型單元的參數(shù)

注：?jiǎn)卧?hào)中未列出的4、5、7、11和14單元為純普通負(fù)荷單元。

各單元的初態(tài)：12、13號(hào)單元的有功出力分別為32和48kW；1、2、3、6、8、15的有功出力為0kW；系統(tǒng)負(fù)荷總量為231kW。

控制參數(shù)的原始設(shè)定為：Δt為0.1s；各單元的頻率反饋系數(shù)基值均為6；各單元的調(diào)節(jié)因子δ_i設(shè)為10％；系統(tǒng)系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)的低頻門檻值f_D,min設(shè)為49.9Hz，高頻門檻值f_D,max設(shè)為50.1Hz；各單元的響應(yīng)系數(shù)σ_i都設(shè)為100％。

算例1：孤島微網(wǎng)模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行仿真算例。

仿真過程描述：仿真時(shí)長(zhǎng)為1min，6號(hào)BESS單元的SOC初始值為0.1021(接近0.1的下限)，其余BESS單元的SOC為0.5。在第10s時(shí)，單元3的負(fù)荷突增100kW，同時(shí)12、13號(hào)單元的RG出力分別降低12和8kW。在第20s時(shí)，物理系統(tǒng)在單元1和5之間接入B3型單元15，通信支路見圖3。在第30s時(shí)，支路(7，4)、(4，2)、(3，2)、(4，3)、(4，5)、(7，9)、(9，10)、(14，13)共8條通信支路突然遭到網(wǎng)絡(luò)攻擊而中斷，同時(shí)單元3的負(fù)荷突增180kW，12、13號(hào)單元的RG出力又分別降低15和5kW。在第50s時(shí)，遭到攻擊的通信支路全部恢復(fù)，單元3的負(fù)荷突降100kW，同時(shí)12、13號(hào)單元的RG出力分別增加25和95kW。

控制效果說明：運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，系統(tǒng)頻率最高、最低值分別為50.19和49.89Hz。對(duì)于發(fā)生在各個(gè)時(shí)刻的各種擾動(dòng)，系統(tǒng)都能有效控制。其中在接近33s時(shí)，6號(hào)BESS單元儲(chǔ)能耗盡，此時(shí)系統(tǒng)還未從30s的擾動(dòng)后恢復(fù)，即在非穩(wěn)定狀態(tài)下受到了新擾動(dòng)，對(duì)此系統(tǒng)僅用2s就完成了恢復(fù)，控制效果良好?？煽刎?fù)荷在此1min內(nèi)共響應(yīng)了3次，每次都不超過1s，可以保證用戶的用電舒適性。

算例2：“自適應(yīng)”頻率反饋系數(shù)與“固定”頻率反饋系數(shù)控制仿真對(duì)比算例。

仿真過程描述：仿真時(shí)長(zhǎng)為10s，在此期間內(nèi)系統(tǒng)總負(fù)荷無變化，12、13號(hào)RG單元的有功出力無變化，6、8號(hào)BESS單元的SOC為0.5，15號(hào)單元未接入微網(wǎng)。分別研究當(dāng)頻率反饋系數(shù)基值取為50、100和206時(shí)，模擬系統(tǒng)采用本發(fā)明“自適應(yīng)”頻率反饋系數(shù)調(diào)整策略和僅使用“固定”的頻率反饋系數(shù)基值兩種控制模式下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)。在“自適應(yīng)”的調(diào)整策略中，各單元的調(diào)節(jié)因子δ_i仍然設(shè)為10％。

控制效果說明：運(yùn)行結(jié)果如圖5和6所示，圖5中(a)、(c)、(e)為采用本發(fā)明“自適應(yīng)”調(diào)整策略后模擬系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線，圖6中(b)、(d)、(f)為僅使用“固定”的基值后模擬系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線。可以看出，在相同的基值下，采用了“自適應(yīng)”的調(diào)整策略后系統(tǒng)頻率的振幅都變小了，恢復(fù)到50Hz工頻的時(shí)長(zhǎng)也縮短了。在極端情況下，即基值取為206時(shí)，如果不采用本發(fā)明的“自適應(yīng)”的調(diào)整策略，系統(tǒng)頻率就會(huì)振蕩發(fā)散。

算例3：頻率測(cè)量誤差算例

仿真過程描述：仿真時(shí)長(zhǎng)為20s，在此期間內(nèi)系統(tǒng)總負(fù)荷無變化，12、13號(hào)RG單元的有功出力無變化，6、8號(hào)BESS單元的SOC為0.5，15號(hào)單元未接入微網(wǎng)。從第5s開始，單元4的頻率測(cè)量偏高0.5Hz，單元8偏低1Hz。各單元的測(cè)量誤差校對(duì)項(xiàng)維度設(shè)為10，即需要統(tǒng)計(jì)前1s內(nèi)本單元所測(cè)量到的系統(tǒng)頻率。

控制效果說明：運(yùn)行結(jié)果如圖7所示，2、3、4、5、7、8、9號(hào)單元在第6秒時(shí)將自身的頻率反饋系數(shù)置0，這樣6、8號(hào)單元的有測(cè)量誤差的頻率反饋信號(hào)就被剔除了，模擬系統(tǒng)依靠1、6、10～14號(hào)單元的正確頻率反饋在10s內(nèi)使頻率重新回到50Hz。

綜上所述，上述方法不需要中央控制器，完全依靠各單元的協(xié)同計(jì)算計(jì)及可控負(fù)荷的主動(dòng)參與、自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制力度、排除測(cè)量誤差，使孤島微網(wǎng)以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的快速恢復(fù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。