[发明专利]一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法

摘要

本发明是一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，其特点是，包括分布式电压、频率下垂控制器设计以及分布式电压、频率二级控制器设计，该方法基于输入/输出反馈线性化理论和一致性理论，将传统集中式分级控制策略转化为一个一阶线性多智能体系统的同步问题，进而弥补了下垂控制带来的电压、频率误差。该方法相比于传统集中式分级控制方法，没有中央控制器且使用了稀疏的通信网络进而极大地提高了系统的可靠性；而且该方法能适用于微网较为复杂网络拓扑结构，实现了微网即插即用的特点。

主权项

1.一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法，此控制方法如下所述：1)分布式电压一级下垂控制器设计为了使第i个分布式电源的输出电压v_o,magi同步到参考电压v_ref，为下垂控制选择一个合适的电压控制输入量V_ni，分布式电压一级下垂控制器的设计步骤如下：分布式电源的下垂特性可用下式表示：v_odi＝V_ni‑n_QiQ_i                              (1)式中，Q_i表示第i个分布式电源输出的无功功率，v_odi是第i个分布式电源的输出电压v_o,magi的直轴分量；运用输入‑输出反馈线性化理论，将式(1)等式两边分别微分，即：式中，u_vi是辅助控制输入量；根据式(2)，分布式电压控制问题就转化为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现对v_odi的同步，假设每个分布式电源可以在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系；辅助控制输入量u_vi根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：u_vi＝‑c_ve_vi                               (4)式中，c_v为控制增益；e_vi为第i个分布式电源与其相邻的第j个分布式电源间的跟踪误差；e_vi具体表达式为：固定增益g_i≥0且至少有一个分布式电源能获取参考电压v_ref的值；为保证分布式电源输出的无功功率按照下垂控制方法分配，即分布式电源输出的无功功率须满足下述两式：n_Q1Q₁＝n_Q2Q₂＝…＝n_QiQ_i＝…＝n_QNQ_N                    (7)式中，N为微网孤岛运行时分布式电源的数目；Q_max.i为第i个分布式电源的额定无功功率；由于分布式电压一级下垂控制系数n_Qi是根据各分布式电源的额定无功功率制定的，所以式(6)等价于式(7)；因此为了使分布式电压下垂控制方法满足式(6)和式(7)，需对式(2)中的引入附加的辅助控制输入量u_qi；由此，将分布式电压控制问题变成一个一阶线性多智能体系统的调节器同步问题：为了实现同步，附加的辅助控制输入量u_qi须满足下式：u_qi＝‑c_qe_qi                        (9)式中，c_q∈R为控制增益；e_qi是第i个分布式电源与其相邻的第j个分布式电源间的跟踪误差；e_qi具体表达式为：综上，电压控制输入量V_ni设计为：V_ni＝∫(u_vi+u_qi)dt             (11)2)分布式频率一级下垂控制器设计分布式频率一级下垂控制的目标是使各分布式电源的频率同步到额定值，分布式频率一级下垂控制的控制方法按照下述两式分配有功功率：m_P1P₁＝…＝m_PNP_N                          (13)其中，m_pi表示第i个分布式电源的分布式频率一级下垂控制系数；P_maxi为第i个分布式电源的额定有功功率；同上，将分布式电源频率下垂特性等式两边分别微分得：其中，v_fi是辅助控制输入量；频率控制输入量ω_ni根据v_fi得到，即：ω_ni＝∫v_fidt                             (15)根据式(14)，分布式频率控制就转化为一阶线性多智能体系统的同步问题，即：为了实现对ω_ni的同步，辅助控制输入量v_fi的具体表达式为：式中，c_fi是控制增益，固定增益g_i≥0且至少有一个分布式电源能获取参考角频率ω_ref的值；3)分布式电压二级控制器设计为进一步改善电压质量，弥补分布式电压一级下垂控制器的误差，使各分布式电源的电压变化量δV_ni同步到枢纽母线电压变化量δV_ns，运用前述的输入‑输出反馈线性化理论，将δV_ni微分：式中，u_vci是辅助控制输入量；据式(18)，分布式二级电压控制也变为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现δV_ni的同步，假设每个分布式电源可以在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系；辅助控制输入量u_vci根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：u_vci＝‑c_vce_vci                           (20)式中，c_vc为控制增益；e_vci为第i个分布式电源与其相邻的第j个分布式电源间的跟踪误差；e_vci具体表达式为：固定增益g_i≥0且至少有一个分布式电源能获取枢纽电压变化量δV_ns的值；由式(18)‑式(21)即可得出：δV_ni＝∫u_vcidt                           (22)综上，结合分布式电压一级下垂控制器及分布式电压二级控制器，由式(11)和式(22)即可得到新的电压控制输入量4)分布式频率二级控制器设计为进一步改善频率质量，弥补分布式频率一级下垂控制器的误差，使各分布式电源的频率变化量δω_ni同步到枢纽母线频率变化量δω_ns，运用前述的输入‑输出反馈线性化理论，将δω_ni微分：式中，u_ωci是辅助控制输入量；据式(24)，分布式频率二级控制也变为一个一阶线性多智能体系统的跟踪同步问题：为了实现δω_ni的同步，假设每个分布式电源可以在制定的有向通信图上和其他分布式电源互相联系；辅助控制输入量u_ωci根据每一个分布式电源及其在有向通信图上相邻的分布式电源的信息来确定：u_ωci＝‑c_ωce_ωci                          (26)式中，c_ωc为控制增益；e_ωci为第i个分布式电源与其相邻的第j个分布式电源间的跟踪误差；e_ωci具体表达式为：固定增益g_i≥0且至少有一个分布式电源能获取枢纽频率变化量δω_ns的值；由式(24)‑式(27)即可得出：δω_ni＝∫u_ωcidt                          (28)综上，结合分布式频率一级下垂控制器及分布式频率二级控制器，由式(15)和式(28)即可得到新的频率控制输入量由1)、2)、3)、4)即可得到一种基于多智能体系统的孤岛微网电压/频率分布式二级控制方法。