一种对电力系统微电网的全分布式二次调频方法

摘要

本发明涉及一种对电力系统微电网的全分布式二次调频方法，属于电力系统运行和控制技术领域。本发明方法首先设计了传统能源分布式电源和可再生能源分布式电源的发电成本函数，并通过求导得到其微增率。提出了分布式的数据采集和信息交互结构，采用基于次梯度的一致性算法，根据分布式电源采集的数据和交换的信息迭代计算得到输出功率的调整量，从而对分布式电源的输出功率进行实时控制。本发明在使得频率实现快速恢复的同时，保证二次调频过程中的发电成本最低，并在分布式电源之间合理分配功率。本发明的控制方法能够避免微电网的频率震荡，利用本发明方法，能够实现微电网全分布式的二次调频，并提高微电网运行的经济性。

主权项

一种对电力系统微电网的全分布式二次调频方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)设定微电网中包含有可再生能源分布式电源和传统能源分布式电源，设计一个微电网中可再生能源分布式电源的发电成本函数如下：$C_i\left(P_i\right)={(P_i-P_i^{\max })}^2/P_i^{\max }=\frac{1}{P_i^{\max }}{P}_i^2-2P_i+P_i^{\max }$其中P_i是第i个可再生能源分布式电源输出的有功功率，P_i^max是第i个可再生能源分布式电源预测最大发电容量，C_i(P_i)是第i个可再生能源分布式电源的发电成本；微电网中传统能源分布式电源的发电成本函数为：C_j(P_j)＝a_jP_j²+b_jP_j+c_j其中，P_j是第j个传统能源分布式电源输出的有功功率，a_j、b_j、c_j均为发电成本函数系数，取值范围均大于零；分别对上述传统能源分布式电源的发电成本函数和可再生能源分布式电源的发电成本函数进行求导，得到第i个可再生能源分布式电源的发电成本微增率ICR_i和第j个传统能源分布式电源的发电成本微增率ICR_j：${\mathrm{ICR}}_i=\frac{{\mathrm{dC}}_i\left(P_i\right)}{{\mathrm{dP}}_i}=2\frac{P_i}{P_i^{\max }}-2$${\mathrm{ICR}}_j=\frac{{\mathrm{dC}}_j\left(P_j\right)}{{\mathrm{dP}}_j}=2a_j{P}_j+b_j$(2)建立微电网中所有分布式电源之间的信息交换及迭代控制方式，实现对分布式电源的输出功率调整量的实时控制，具体步骤如下：(2‑1)微电网中各分布式电源分别采集各自的实时输出有功功率以及分布式电源与微电网接口处的频率值；(2‑2)所有分布式电源中任意相邻两个分布式电源之间交换各自的由上述步骤(1)得到的发电成本微增率；(2‑3)采用基于次梯度的一致性算法，计算微电网中各分布式电源的输出有功功率的调整量，具体过程如下：(2‑3‑1)将上述步骤(1)中得到的各分布式电源的发电成本微增率作为一致性变量，所有分布式电源输出的有功功率的控制目标函数为：$\min f\left(P_l\right[k\left]\right)=\frac{1}{2}{\left(\underset{l=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_l\right[k]-P_D)}^2$其中，P_l[k]为微电网中第l个分布式电源在第k步迭代时输出的有功功率，P_D是微电网的负荷总功率，将上述目标函数改写为如下的发电成本微增率的目标函数：$\min f\left({\mathrm{ICR}}_l\right[k\left]\right)=\frac{1}{2}{(\underset{r=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{{\mathrm{ICR}}_r\left[k\right]-b_r}{2a_r}-P_D)}^2$其中，ICR_l[k]为微电网中第l个分布式电源在第k步迭代时的发电成本微增率，a_r、b_r为微电网中第r个分布式电源发电成本函数系数；(2‑3‑2)根据上述步骤(2‑3‑1)发电成本微增率的目标函数，采用次梯度算法得到第k+1次发电成本微增率迭代计算式如下：${\mathrm{ICR}}_l[k+1]=\underset{r=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mu }_{lr}{\mathrm{ICR}}_r\left[k\right]-d_l\frac{\partial f\left({\mathrm{ICR}}_l\right[k\left]\right)}{\partial {\mathrm{ICR}}_l\left[k\right]}=\underset{r=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mu }_{lr}{\mathrm{ICR}}_r\left[k\right]-d_l·\frac{1}{2a_l}\left(\underset{r=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_r\right[k]-P_D)$其中，d_l是中间变量，μ_lr为第l个分布式电源与第r个分布式电源之间的通信系数，其数值由下式决定：其中N_l为所有与第l个分布式电源直接相连的分布式电源的集合，n_l为与第l个分布式电源相连的分布式电源的个数，n_r为与第r个分布式电源相连的分布式电源的个数；(2‑3‑3)采用频率偏差，替换第k+1次发电成本微增率迭代计算式中的功率不平衡量得到的第k+1次发电成本微增率迭代计算式的表达式为：${\mathrm{ICR}}_l[k+1]=\underset{r=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mu }_{lr}{\mathrm{ICR}}_r\left[k\right]-{\lambda }_l\left(f_l^m\right[k]-f^{*})$其中，λ_l是迭代步长，f_l^m[k]是采集的第l个分布式电源与微电网接口处的频率值，f^*是微电网的频率额定值；(2‑3‑4)利用上述步骤(1)的发电成本微增率计算公式，根据(2‑3‑3)的第k+1次发电成本微增率迭代计算式，得到第j个传统能源分布式电源在第k+1步迭代计算时的输出功率调整量ΔP_j[k+1]：${\mathrm{\Delta P}}_j[k+1]=\frac{{\mathrm{ICR}}_j[k+1]-b_j}{2a_j}-P_j^m[k+1]$其中，是第j个传统能源分布式电源在第k+1次迭代时采集的输出有功功率值；(2‑3‑5)利用上述步骤(1)的发电成本微增率计算公式，根据(2‑3‑3)的第k+1次发电成本微增率迭代计算式，得到第i个可再生能源分布式电源在第k+1次迭代时输出功率的调整量ΔP_i[k+1]：${\mathrm{\Delta P}}_i[k+1]=P_i^{\max }\frac{{\mathrm{ICR}}_i[k+1]+2}{2}-P_i^m[k+1]$其中，是第i个可再生能源分布式电源在第k+1次迭代时采集的输出有功功率值；(2‑4)根据上述计算得到的微电网中各分布式电源输出有功功率的调整量，实时控制分布式电源的输出功率调整量；(3)分别采集各分布式电源与微电网接口处的频率值，根据采集的频率值与微电网额定频率的偏差，实现对电力系统微电网的调频控制，包括以下步骤：(3‑1)分别采集微电网中各分布式电源与微电网接口处的频率值；(3‑2)分别计算上述频率值与微电网额定频率值之间的频率偏差，得到各分布式电源与微电网接口处的频率偏差值；(3‑3)设定一个频率偏差阈值ε，ε为正数，设定一个频率偏差维持时间阈值t，t为正数，将上述各分布式电源与微电网接口处的频率偏差值分别与频率偏差阈值进行比较，若频率偏差值小于ε，且频率偏差维持时间大于t，则进行步骤(3‑4)，若频率偏差值小于ε，且频率偏差维持时间小于或等于t，则进行步骤(3‑5)，若频率偏差值大于或等于ε，则进行步骤(3‑5)；(3‑4)使上述步骤(2‑3‑3)中第k+1次发电成本微增率迭代计算式的表达式成为：返回步骤(2)；(3‑5)返回步骤(2)。