去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法及控制器技术

本发明专利技术公开了一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法及控制器，方法包括：基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型；将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto‑哈密顿模型；基于所述端口控制的Kuramoto‑哈密顿模型构建微网分散式L2增益扰动衰减控制模型。实现能够在无通讯的情况下实现频率恢复和功率共享，提高了系统的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法及控制器
本专利技术涉及电力网调频控制
，更具体地，涉及一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法及控制器。
技术介绍
随着化石能源的不断消耗以及环境问题的日益凸显，可再生能源的渗透率逐年提高，分布式发电也受到了普遍关注。为了推进分布式电源的一体化建设，有学者提出了微网结构，由分式电源、储能装置、能量转换装置、负载以及保护装置等组成。微网可灵活的实现自我控制、保护和管理，通过与电网的交互补充可缓解大量分布式电源接入对电网造成的冲击。微网有孤岛模式和并网模式，孤岛模式下失去大点网的频率支撑，难以维持系统频率，调频控制器的加入的必要性越来越高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法及控制器，实现能够在无通讯的情况下实现频率恢复和功率共享，提高了系统的鲁棒性。为实现上述目的，本专利技术提出了一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，包括：基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型；将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型；基于所述端口控制的Kuramoto-哈密顿模型构建微网分散式L2增益扰动衰减控制模型。可选地，所述基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型，包括：基于所述逆变器的一级频率下垂控制模型获取有效下垂系数；基于所述有效下垂系数对所述逆变器的一级频率下垂控制模型进行转换，获得所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型。可选地，所述逆变器的一级频率下垂控制模型的表达式为：其中，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，pi为分布式电源DGi系统的瞬时有功功率，ωc为滤波器的截止频率，mi为有效下垂系数。可选地，所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型的表达式为：Miθi+Diθi＝PN,i-pi其中，Mi＝τ/mi＝1/miωc,Di＝1/mi，τ为时间常数，τ＝1/ωc，ωc为滤波器的截止频率，pi是分布式电源DGi的瞬时有功功率，PN,i为额定有功功率，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，mi为有效下垂系数。可选地，所述将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型，包括：基于哈密顿模型和所述哈密顿模型中系统的总能量函数的定义，将所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型。可选地，所述哈密顿模型的表达式为：其中，u为反馈控制量，x为系统状态量，J(x)为用于表示系统内部结构的反对称矩阵，R(x)为用于表示系统耗散的半正定对称矩阵，H(x)为系统的总能量，g(x)为用于表示端口外部连接的端口互联矩阵。可选地，所述哈密顿函数H(x)通过以下公式定义：其中，H(x,t)为系统总能量，Mi＝1/miωc，mi为有效下垂系数，ωc为滤波器的截止频率，PN,i为额定有功功率，θi、θj分别为分布式电源i、j的相角，Ei和Ej是分布式电源i和j的电压幅值，Yij为分布式电源i和j之间的导纳。可选地，所述端口控制的Kuramoto-哈密顿模型的表达式为：其中，x为系统状态量，J(x)为用于表示系统内部结构的反对称矩阵，R(x)为用于表示系统耗散的半正定对称矩阵，H(x)为系统的总能量，g(x)为用于表示端口外部连接端口互联矩阵，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，Mi＝1/miωc，Di＝1/mi，mi为有效下垂系数，ωc为滤波器的截止频率。可选地，所述微网分散式L2增益扰动衰减控制模型的表达式为：其中，u为反馈控制量，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，x1、x2为状态变量，q1为状态变量x1的权系数，q2为状态变量x2的权系数。本专利技术还提出一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制器，包括：一级下垂控制模块和分散式二级控制模块；所述一级下垂控制模块用于执行一级频率下垂控制模型；所述分散式二级控制模块用于执行以上所述的微网分散式L2增益扰动衰减控制模型。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的控制方法考虑功率低通滤波器和下垂机制的动态特性，设计了逆变单元的二阶Kuramoto模型；应用端口控制哈密顿模型设计分散二次非线性L2增益扰动衰减控制模型，该控制模型可以增强鲁棒性和实现全局渐近稳定性；能够在负载变化和即插即用的干扰下，保证了准确的有功功率分配和快速的频率恢复；分散二次非线性L2增益扰动衰减控制模型使用纯本地信息，限制物理层的通信行为，为未来微网空间的扩展方案提供了可行性。本专利技术的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本专利技术的一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法的步骤图。图2a示出了基于下垂控制的逆变器单元Kuramoto模型的无源性分析示意图。图2b示出了基于下垂控制的逆变器单元Kuramoto模型的机械仿真示意图。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制器的整体结构示意图。图4示出了微电网仿真实验平台示意图。图5a-图5c示出了根据本专利技术的一个实施例的一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法与下垂控制对比的二级控制所期望的性能仿真结果图。图6a-图6h示出了根据本专利技术的一个实施例的一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法与分布式二级控制对比的性能仿真结果图。图7a-图7d示出了根据本专利技术的一个实施例的一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法在即插即用场景下的性能评估的仿真结果图。具体实施方式微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。由于分布式电源与可再生能源的大规模接入，微电网存在分布式电源的间歇性、负载的随机性和负载行为的不确定性。为了解决这些弊端，在微电网中应用模拟同步发电机行为的下垂控制。在现有的其他调频解决方案中，一些方法只使用适用于一次调频控制的下垂控制策略，然而，下垂控制的缺点是会带来频率偏差和产生系统偏差。还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，包括：/n基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型；/n将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型；/n基于所述端口控制的Kuramoto-哈密顿模型构建微网分散式L2增益扰动衰减控制模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，包括：
基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型；
将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型；
基于所述端口控制的Kuramoto-哈密顿模型构建微网分散式L2增益扰动衰减控制模型。


2.根据权利要求1所述的去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，所述基于逆变器的一级频率下垂控制模型构建逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型，包括：
基于所述逆变器的一级频率下垂控制模型获取有效下垂系数；
基于所述有效下垂系数对所述逆变器的一级频率下垂控制模型进行转换，获得所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型。


3.根据权利要求1所述的去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，所述逆变器的一级频率下垂控制模型的表达式为：



其中，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，pi为分布式电源DGi系统的瞬时有功功率，ωc为滤波器的截止频率，mi为有效下垂系数。


4.根据权利要求3所述的去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型的表达式为：
Miθi+Diθi＝PN,i-pi
其中，Mi＝τ/mi＝1/miωc,Di＝1/mi，τ为时间常数，τ＝1/ωc，ωc为滤波器的截止频率，pi是分布式电源DGi的瞬时有功功率，PN,i为额定有功功率，θi为瞬时频率和额定频率之间的偏差，mi为有效下垂系数。


5.根据权利要求1所述的去中心化的孤岛微网二级L2增益调频控制方法，其特征在于，所述将构建的所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型，包括：
基于哈密顿模型和所述哈密顿模型中系统的总能量函数的定义，将所述逆变器动态行为的二阶Kuramoto模型转换为端口控制的Kuramoto-哈密顿模型。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲延滨，柳佳逸，刘乃铭，宋蕙慧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37