[发明专利]一种分布式鲁棒的孤岛微电网多目标功率分配和控制系统

权利要求书

1.一种分布式鲁棒的孤岛微电网多目标功率分配和控制系统，其特征在于：

该系统由设备层、控制层和通信层组成；

通信层由通信收发器和收发器之间的通信连接构成，用于发电单元间的信息交换；

控制层利用本地测量信息和通信网络交换的信息，根据设计的控制器来产生分布式发电装置的控制信号；

设备层是物理电力基础设施，其中的分布式发电装置对控制信号做出响应，实现电力能量的传送；

假设设备层中有n个分布式发电装置，每个分布式发电装置均配备一个控制层中的控制器和一个通信层中的通信收发器，这样的一组系统称为一个分布式发电单元；

在一个控制阶段，每个分布式发电单元主要包括以下控制步骤：分布式发电单元利用通信层获取部分其它分布式发电单元的信息；基于本地测量信息和获得的信息，控制器的分布式经济调度模块计算最优有功发电参考，分散频率控制模块进行频率恢复控制和有功输出控制，一次下垂控制模块产生分布式发电装置的控制参考信号；分布式发电装置对各自的控制参考信号进行响应；

第i个分布式发电单元的分布式经济调度模块采用如下算法

其中，y_i是第i个分布式发电单元的有功经济调度辅助变量，y_j是第j个分布式发电单元的有功经济调度辅助变量，即第i个分布式发电单元通过通信网络获得的第j个分布式发电单元信息，和分别是第i个分布式发电单元的有功经济调度控制输入1和2，是第i个分布式发电单元的有功经济调度控制器所受的未知但有界的干扰，P_i^*是估计的第i个分布式发电单元的最优有功发电参考，是第i个分布式发电单元的局部有功需求，且所有的局部有功需求之和为微电网的总有功需求，N_i表示与第i个分布式发电单元进行通信的分布式发电单元的集合，a_ij表示权重系数，即当第i个分布式发电单元和第j个分布式发电单元之间有通信连接时，j∈N_i,i∈N_j且a_ij＝a_ji＞0，否则且a_ij＝a_ji＝0；

第i个分布式发电单元的有功经济调度控制输入1和2分别设计如下

其中，和是控制增益，且要大于等于干扰的上界，0≤α₁,γ₁≤1和β₁,ρ₁≥1是控制参数，sig(x)^μ表示sign(x)是符号函数，|x|表示x的绝对值，e^x表示x的指数函数，k_0,1是一个控制参数，其取值为0或者1，表示第i个分布式发电单元的局部梯度不一致，和分别是第i个和第j个分布式发电单元的加权目标函数和的梯度，a_ij和N_i的定义与式(1)中的一样，s_yi是第i个分布式发电单元的有功经济调度滑模变量；

第i个分布式发电单元的有功经济调度滑模变量s_yi设计如下

其中,r_yi是第i个分布式发电单元的有功经济调度滑模辅助变量，其余参数和函数的定义与式(1)和(2)相同；

第i个分布式发电单元的加权目标函数如下

其中，是第i个分布式发电单元的第h个权重系数，是第i个分布式发电单元的第h个目标函数，H表示需要优化的目标函数个数；当需要考虑发电成本、环境成本、运维成本这三个优化目标时，H＝3；

第i个分布式发电单元的第h个目标函数如下

其中，是第i个分布式发电单元的第h个目标函数，max(a,b)表示取a和b中的最大值，这一项是惩罚成本函数，用于限制有功功率的输出范围，θ和φ是正的控制参数，g_i,1(P_i^*)＝P_i^m-P_i^*，g_i,2(P_i^*)＝P_i^*-P_i^M，P_i^m和P_i^M分别是第i个分布式发电单元的发电量下限和上限；

第i个分布式发电单元的第h个权重系数如下

其中，P_i^h*表示第i个分布式发电单元在第h个目标函数下的最优有功功率，表示第i个分布式发电单元在第h个目标函数下的最优目标值；

第i个分布式发电单元在第h个目标函数下的最优有功功率P_i^h*用类似式(1)(2)(3)的算法计算，具体如下

其中，参数和变量的定义与式(1)(2)(3)类似，不同之处在于参数和变量中的上标h表示对应第h个优化目标，表示第i个分布式发电单元在第h个目标函数下的局部梯度不一致；

第i个分布式发电单元的分散频率控制模块采用如下算法

其中，是由分散频率控制模块计算的第i个分布式发电单元的一次下垂控制频率参考，ω_ri是第i个分布式发电单元的输出频率参考信号，ψ_ωi是第i个分布式发电单元的频率恢复辅助控制变量，和分别是第i个分布式发电单元的频率恢复控制输入1和2，是第i个分布式发电单元的频率恢复控制器所受的未知但有界的干扰，是第i个分布式发电单元的频率下垂系数，P_i是第i个分布式发电单元的有功功率输出，ψ_pi是第i个分布式发电单元的有功功率辅助控制变量，和分别是第i个分布式发电单元的有功功率控制输入1和2，是第i个分布式发电单元的有功功率控制器所受的未知但有界的干扰；

第i个分布式发电单元的频率恢复控制输入1和2分别设计如下

其中，和是控制增益，且要大于等于干扰的上界，0≤α₂,γ₂≤1和β₂,ρ₂≥1是控制参数，ω^*是微电网系统的额定频率，ω_i是第i个分布式发电单元的输出频率，sig(x)^μ和sign(x)的定义同式(2),s_ωi是第i个分布式发电单元的频率恢复控制滑模变量；

第i个分布式发电单元的频率恢复控制滑模变量s_ωi设计如下

其中,r_ωi是第i个分布式发电单元的频率恢复控制滑模辅助变量，其余参数和函数的定义与式(10)和(11)相同；

第i个分布式发电单元的有功功率控制输入1和2分别设计如下

其中，和是控制增益，且要大于等于干扰的上界，0≤α₃,γ₃≤1和β₃,ρ₃≥1是控制参数，P_i^*是第i个分布式发电单元的最优有功发电参考，其由分布式经济调度模块获得，P_i是第i个分布式发电单元的有功功率输出，是第i个分布式发电单元的频率下垂系数，sig(x)^μ和sign(x)的定义同式(2),s_pi是第i个分布式发电单元的有功功率控制滑模变量；

第i个分布式发电单元的有功功率控制滑模变量s_pi设计如下

其中,r_pi是第i个分布式发电单元的有功功率控制滑模辅助变量，其余参数和函数的定义与式(10)和(13)相同；

第i个分布式发电单元的一次下垂控制模块设计如下

其中，ω_ri和V_ri分别表示第i个分布式发电单元的输出频率参考信号和输出电压幅值参考信号，和V_i^*分别表示第i个分布式发电单元的一次下垂控制频率参考和电压幅值参考，和分别是第i个分布式发电单元的频率下垂系数和电压幅值下垂系数，P_i和Q_i分别是第i个分布式发电单元的有功功率输出和无功功率输出。