[发明专利]一种基于分布式预测控制策略的微电网电压恢复方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式预测控制策略的微电网电压恢复方法，包括步骤10）采用分布式有限时间观测器获取整个微电网全局参考电压指令，作为本地控制器中电压恢复的基准值；步骤20）各本地控制器采用下垂控制策略，采集各电源本地电压值，在下垂特性式中加入二次电压补偿项，作为分布式电源的本地电压值；步骤30）建立预测趋势模型；步骤40）获取当前时刻的预测控制项作为二次电压补偿指令，作用于各自本地控制器；步骤50）判断在二次电压补偿指令下，微电网各分布式电源本地电压是否达到额定电压参考值。该控制方法采用预测控制获取二次电压补偿指令，实现微电网中各分布式发电单元电压恢复，从而提高微电网的整体电能质量。

主权项

一种基于分布式预测控制策略的微电网电压恢复方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：步骤10)设孤立微电网中有N个分布式电源，当各分布式电源采用分布式控制结构,且部分牵制电源点接收到额定参考电压信息时，采用分布式有限时间观测器获取整个微电网全局参考电压指令，作为本地控制器中电压恢复的基准值；步骤20)各本地控制器采用下垂控制策略，采集各电源本地电压值，在下垂特性式中加入二次电压补偿项，作为分布式电源的本地电压值，如式(1)所示：式(1)中，vi表示微电网中第i个分布式电源的本地电压值；v0表示额定电压参考值，单位：千伏；nQi表示微电网中第i个分布式电源对应的电压下垂特性系数，单位：千伏/兆乏；Qi表示微电网中第i个分布式电源的无功功率，单位：兆乏；表示二次电压补偿项，单位：千伏；将式(1)以ε为信息更新间隔，转化为离散形式，如式(2)所示：v(k+1)＝Pv(k)+Er    式(2)其中，以k时刻为当前时刻，k+1时刻为下一时刻，v(k)＝[v1(k),…,vN(k)]T，v1(k)表示第1个分布式电源在k时刻电压值，vN(k)表示第N个分布式电源在k时刻电压值；v(k+1)表示各分布式电源在k+1时刻电压值组成的矩阵；P＝IN(1‑ε)‑εL，IN表示N阶单位阵，L表示微电网分布式结构的Laplacian矩阵，代表各分布式电源间的信息交互；Er＝εvrefEN，vref表示微电网额定参考电压值，EN表示包含N个1元素的列向量，EN＝1N；在式(2)中加入可调参数预测项，如式(3)所示：其中，u(k)表示可调参数预测项，u(k)＝[u1(k),…,uN(k)]T，u1(k)表示第1个分布式电源预测项，uN(k)表示第N个分布式电源预测项,上标T表示转置；μ表示可调参数预测项系数；根据式(1)和式(3)，二次控制补偿项如式(4)所示：其中，[0,…,1ith,…0]代表第i个元素为1，其余元素为0的包含N个元素的行向量；步骤30)对式(3)进行扩展为包含HP步预测时域、HU步控制时域的预测趋势模型，如式(5)所示：其中，V(k+1)＝[vT(k+1),…,vT(k+HP)]T,v(k+1)表示各分布式电源在k+1时刻电压值所组成的矩阵，v(k+HP)表示各分布式电源在k+HP时刻电压值所组成的矩阵；U(k)＝[uT(k),…,uT(k+Hu‑1)]T，u(k)表示各分布式电源第1步预测项组成的矩阵，u(k+Hu‑1)表示各分布式电源第Hu步预测项组成的矩阵；Er＝ErB∈RHpN×1，R表示实数阵；F=-μ(L+IN)-μ(L+IN)(P-μ(L+IN))...-μ(L+IN)(P-μ(L+IN))HU-1HUN×N]]>M=μvrefEN-μ(L+IN)H+μvrefEN...-μ(L+IN)(HHu-1+...+H)+μvrefENHUN×1]]>H＝Er+μvrefEN∈RN×1；步骤40)设定HP步预测时域内，各分布式电源电压差值如式(7)所示：其中，ΔV(k+1)表示各分布式电源在k+1至k+HP时刻段的电压差值矩阵；Δv(k+1)表示各分布式电源在k+1时刻电压差值矩阵，Δv(k+1)＝[v1(k+1)‑v2(k+1),…,vN‑1(k+1)‑vN(k+1)]，v1(k+1)表示第1个分布式电源在k+1时刻电压值，v2(k+1)表示第2个分布式电源在k+1时刻电压值，vN‑1(k+1)表示第N‑1个分布式电源在k+1时刻电压值，vN(k+1)表示第N个分布式电源在k+1时刻电压值；Δv(k+HP)表示各分布式电源在k+HP时刻电压差值矩阵，Δv(k+HP)＝[v1(k+HP)‑v2(k+HP),…,vN‑1(k+HP)‑vN(k+HP)]，v1(k+HP)表示第1个分布式电源在k+HP时刻电压值，v2(k+HP)表示第2个分布式电源在k+HP时刻电压值，vN‑1(k+HP)表示第N‑1个分布式电源在k+HP时刻电压值，vN(k+HP)表示第N个分布式电源在k+HP时刻电压值；AΨ＝ΨA，BΨ＝ΨB，Ψ＝diag(L,…,L)∈HpN×HpN；根据式(7)，以正定对称矩阵Q、W、R为权重矩阵，最小化式(8)所定义的优化指标函数，求取在此电压值条件下的可调参数预测项系数μ：其中，J(k)表示优化指标函数式；ξ表示各分布式电源额定参考电压值；将可调参数预测项系数μ带入式(5)，获得各分布式电源HU步内的预测控制项，取当前时刻的预测控制项作为二次电压补偿指令，作用于各自本地控制器；步骤50)判断在步骤40)所得的二次电压补偿指令下，微电网各分布式电源本地电压是否达到额定电压参考值，若达到，则控制过程结束；若未达到，重新采集各分布式电源电压本地值作为当前时刻值，重复步骤20)至步骤50),直至各本地电压值同时恢复至额定电压参考值。