[发明专利]独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源微电网调配领域的频率控制方法，特别涉及一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法。

背景技术

独立微电网系统作为独立供电系统实现的重要方式，为有效解决山区偏远地区和沿海海岛等地区供电难题提供了一种可行方案，因此近年来受到了国内外学术界和工程应用界的广泛研究与推广应用。由于风力发电和光伏发电具有随机性特性，加之负荷需求的多样性和复杂性，如何实现平稳、快速且准确的频率控制是独立交流微电网系统调配和能量管理领域必须解决的重要技术难题之一。目前，国内外学术界和工程界通常采用传统的整数阶PID或PI控制器实现独立交流微电网系统或混合电力系统的频率控制，整数阶PID或PI控制器参数整定主要采用遗传算法或模糊粒子群算法等实现，存在振荡幅度较大、响应速度较慢、抗干扰能力不足、优化算法自身参数整定复杂、计算效率较低等缺陷。分数阶PID控制器在传统整数阶PID控制器的基础上，引入了分数阶积分阶次和分数阶微分阶次两个参数，使得闭环控制系统的综合控制性能得到明显提升，因此近年来分数阶PID控制器受到了广泛关注和研发应用，相关理论成果在一些实际工业控制系统中得到了较为成功的应用，但在独立交流微电网系统中的应用研究还鲜有报道。仅有的相关研究报道是采用遗传算法和基于Kriging代理模型等优化算法进行分数阶PID控制器的参数整定，但遗传算法包含选择、交叉和变异等复杂进化计算操作，算法自身可调参数较多，计算效率较低；基于Kriging代理模型对初始样本数目依赖较高，也同样存在算法自身参数整定复杂、计算效率偏低等缺陷。在国家自然科学基金(No.51207112)、浙江省公益计划项目(Nos.2014C31074、2014C31093)、浙江省自然科学基金(Nos.LY16F030011、LZ16E050002、LQ14F030006、LQ14F030007)的支持下，本发明公开一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法，可实现独立微电网系统智能调频效果，并具有现有技术所不具备的以下优点：独立微电网系统具有更快的响应速度、更小的振荡幅度、更高的控制精度和更好的稳健性等控制性能，优化方法仅具有选择和变异操作，所需整定的参数更少，实施更简单，优化效率更高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法。该方法包括以下步骤：

(1)独立微电网系统监控计算机读取系统中各组件(包括风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、燃料电池、铅酸蓄电池、飞轮储能系统和电力电子变换器)参数信息、各组件小信号频率响应模型和负荷数据；

(2)设置优化参数(包括种群大小NP、最大迭代优化次数I_max和变异系数p_m)数值；

(3)随机生成一个在分数阶频率控制器中优化变量的下限和上限之间范围内的实数编码且均匀分布的初始种群P＝{P_i,i＝1,2,…,NP}，其中第i个个体P_i＝(K_Pi,K_Ii,K_Di,λ_i,μ_i)，K_Pi、K_Ii、K_Di、λ_i、μ_i分别表示第i个分数阶频率控制器比例系数、积分系数、微分系数、分数阶积分的阶次系数、分数阶微分的阶次系数，分数阶频率控制器的传递函数表达式G_fc(s)为G_fc(s)＝K_P+K_Is^-λ+K_Ds^μ；

(4)按照式(1)对种群P中的每一个个体P_i,i＝1,2,…,NP进行适应度函数F_i计算评价，并将当前最好适应度值设置为F_best＝min{F_i,i＝1,2,…,NP}，将对应的个体设置为当前最好解S_best；