一种基于分布式牛顿法的微电网一次调频控制方法

摘要

本发明提出了一种基于分布式牛顿法的微电网一次调频控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域，该方法包括：建立分布式发电单元各自的发电成本函数与发电成本微增率函数；设定分布式发电单元有功功率输出限制约束；相邻分布式电源交换彼此的发电成本微增率信息，通过外环迭代方法进行牛顿迭代，从而求解能够实现功率平衡和发电成本最小化的发电成本微增率；在每步迭代中，各分布式发电单元通过内环递推和与相邻单元的信息交换，计算该步近似的牛顿方向，从而为外环迭代提供必要信息。本发明方法充分利用分布式牛顿方法的二阶收敛性，实现微电网快速的一次调频，稳定频率的同时，能够实现微电网发电成本的最小化，以及可再生能源利用率的最大化。

主权项

一种基于分布式牛顿法的微电网一次调频控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)建立包括分布式电源DG和分布式储能系统ESS的分布式发电单元DER的发电成本函数如下：C_i(P_i)＝a_iP_i²+b_iP_i+c_i      (1)其中C_i表示第i台DER的发电成本，P_i表示第i台DER的有功功率输出，i为任意整数，a_i、b_i、c_i分别为第i台DER发电成本函数中的二次项、一次项和常数项的系数；对公式(1)求导，得到第i台DER的发电成本微增率函数如下：x_i(P_i)＝2a_iP_i+b_i         (2)其中x_i表示第i台DER的发电成本微增率；2)设定DER的有功功率输出限制约束；3)设定DER之间的通信系数矩阵A＝[μ_ij]_m×m，其中m为微电网中DER的总数量，μ_ij为第i台DER和第j台DER之间的通信系数，其具体取值为：式(7)中，N_i表示所有与第i台DER直接相连的DER的下标集合，n_i和n_j分别表示与第i台和第j台DER直接相连的DER的个数；4)一次调频过程开始，设定起始步数k＝0；5)所有DER与在电气拓扑上和与其直接相连的其它DER交换在第k步的发电成本微增率；即第i台DER在第k步的发电成本微增率信息x_i(k)，发送给所有与其直接相连第j台DER，其中j∈N_i，且第i台DER收集所有与其直接相连第j台DER在第k步的发电成本微增率信息x_j(k)；6)测量所有DER从第k步到第k+1步的频率变化f(k+1)‑f(k)，其中f(k)表示微 电网在第k步迭代时的频率；计算各DER本地求解第k步牛顿方向所需要的参数：计算第i台DER在第k步迭代的中间过程参数D_ii,k如式(8)所示：其中系数α为小于1的正实数；计算第i台DER在第k步迭代的本地梯度参数g_i,k如式(9)所示：其中频率权重系数K按照微电网容量规模或通过实验选取的正实数；7)计算各DER在第k步迭代时各自的牛顿方向；8)各DER执行本地牛顿迭代，计算k+1步的发电成本微增率，第i台DER本地牛顿迭代公式如下式：x_i(k+1)＝x_i(k)‑λd_i,k^(T)     (12)其中λ为牛顿迭代步长根据DER的实际容量选取，或通过实验调节取值大小，以获得最佳效果；9)各DER根据新的发电成本微增率调整有功功率输出：计算第i台DER有功功率输出的调整量如公式(13)所示：其中，ΔP_i(k)为第i台DER在第k步和第k+1步之间的有功功率输出调整量；判断若P_i(k)+ΔP_i(k)违背步骤2)中的有功功率输出约束，则有功功率输出固定在步骤2)给出的边界上，若未违背步骤2)中的有功功率输出约束，则按照公式(13)中计算得到的调整量调整对应DER的有功功率输出；10)判断两步迭代之间的频率变化是否满足f(k+1)‑f(k)<ε，其中ε为小于0.01的正实数，若满足f(k+1)‑f(k)<ε，转入步骤11)；否则，令k＝k+1，重新返回步骤5)；11)一次调频过程结束。