[发明专利]微电网离网运行场景下基于模型预测控制-低通滤波算法的分层协调频率控制方法

说明书

本发明公开了一种微电网离网运行场景下基于模型预测控制‑低通滤波算法的分层协调频率控制方法，包括：在上层分钟级控制中，基于MPC并以储能SOC和电源出力变化最小为目标滚动调整电源出力计划；采用低通滤波算法，将燃气机出力计划划分为高、低频分量，进一步调整电源出力计划：由储能和燃气机分别承担其中的高、低频分量；在底层秒级控制中，通过虚拟下垂/惯性控制以及SOC自恢复控制动态调整储能出力，协同燃气机共同参与调频。本发明不仅能有效降低系统的频率波动，还能降低燃气机出力的变化幅度，避免其频繁的往复动作损坏设备。同时，储能在辅助调频过程中可以很好的跟随SOC计划值，保证离网系统能够按照供能计划持续稳定运行。

技术领域

本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种微电网离网运行场景下基于模型预测控制-低通滤波算法的储能/燃气机分层协调频率控制方法。

背景技术

微电网中含有大量电力电子器件，加上可再生能源随机性出力，使微电网独立运行时的频率稳定控制具有较大的挑战性。目前的研究工作中，利用储能作为辅助调频控制单元，有效提升了微网系统的频率稳定性。然而，离网下能源十分有限，储能需要作为功率支撑单元为部分负荷供电。利用储能进行辅助调频可能导致其荷电状态(state ofcharge，SOC)偏移计划值，影响正常供电。另一方面，控制过程中，储能和同步发电机(燃气机、柴油机等)的出力均根据系统的频率偏差进行调整，比较被动。当出现大扰动时，比如可再生能源间歇性波动或者工业大负荷的启停，燃气机等响应速度较慢的机组来不及调整出力，会导致较大的频率波动，不利于系统的稳定运行。同时，由于频率波动大，储能被动参与辅助调频的程度也随之增大，将进一步加剧储能SOC偏离参考值的程度，从而无法保证离网系统持续稳定运行。

发明内容

基于目前微电网离网运行场景下的频率控制问题，本发明提出一种基于模型预测控制-低通滤波算法的储能/燃气机分层协调频率控制方法，不仅可以有效降低系统的频率波动；同时，储能在辅助调频过程中还可以很好地跟随SOC计划值，保证离网系统能够按照供能计划持续稳定运行。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

微电网离网运行场景下基于模型预测控制-低通滤波算法的分层协调频率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在上层分钟级控制中，基于模型预测控制，以储能SOC和电源出力变化最小为目标不断的滚动调整储能和燃气机的出力计划；

步骤2：采用低通滤波算法，将基于模型预测控制计算得到的燃气机出力计划划分为低频分量和高频分量，进一步调整出力计划：在储能承担自身储能出力计划的基础上，由储能和燃气机分别承担燃气机出力计划中的高频分量和低频分量；

步骤3：在底层秒级控制中，在上层控制基础上，通过虚拟下垂/惯性控制以及SOC自恢复控制动态调整储能出力，协同燃气机共同参与调频。

进一步地，步骤1中基于模型预测控制滚动调整储能和燃气机出力计算的方法为：

(1)根据微电网离网运行场景下系统内各变量之间的关系，建立如式(1)、(2)所示的模型预测控制算法的状态空间模型：

y(k)＝[S_BES(k)]＝[0 0 1 0][P_GT(k) P_BES(k) S_BES(k) P_grid(k)]^T   (2)