王德真

(許昌電氣職業(yè)學院，河南 許昌 461000)

0 引 言

在分布式能源微電網(wǎng)的電力傳輸中，微電網(wǎng)的覆蓋密度不斷增大，需要進行分布式能源微電網(wǎng)的小區(qū)間電力供應的優(yōu)化調(diào)度[1,2]。

近年來已有學者對分布式能源微電網(wǎng)調(diào)度做出了研究，并取得了一定成果。文獻[3]提出微電網(wǎng)小區(qū)間的能量協(xié)作調(diào)度策略研究，建立調(diào)度優(yōu)化模型,采用Lyapunov算法優(yōu)化能量調(diào)度。文獻[4]提出基于可靠性量化的微電網(wǎng)變時間尺度協(xié)調(diào)調(diào)度策略，設(shè)置安全性指標，將其作為判據(jù)構(gòu)建調(diào)度模型，通過調(diào)節(jié)時間尺度完成微電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度。文獻[5]提出了一種新的用于直流微電網(wǎng)的集群協(xié)調(diào)功率控制框架，利用統(tǒng)一控制ICDCS來實現(xiàn)分布式能源微電網(wǎng)之間的自主靈活互聯(lián)功率控制，保證集群內(nèi)直流微電網(wǎng)的整體穩(wěn)定運行。文獻[6]設(shè)計了一種分布式能源調(diào)度中的多時間尺度模型預測控制方法，實驗發(fā)現(xiàn)多時間尺度預測控制與單時間尺度預測控制相比，在分布式能源調(diào)度中耗時更短。

文中提出含多種分布式能源的微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度方法，主要創(chuàng)新點為：

(1)建立分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的信道拓撲結(jié)構(gòu)，考慮分布式能源微電網(wǎng)的物理信息傳輸負載，在確保信息傳輸負載均衡的前提下進行調(diào)度，提高微電網(wǎng)整體協(xié)調(diào)調(diào)度能力。

(2)在充分分析含多種分布式能源微電網(wǎng)自身能量交換特征的基礎(chǔ)上，自適應處理傳輸信息的轉(zhuǎn)發(fā)特征量，確定分布式能源微電網(wǎng)的負載達到穩(wěn)態(tài)，得到微電網(wǎng)小區(qū)間的頻率、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度，解決分布式能源調(diào)度協(xié)調(diào)性差的問題，提高調(diào)度效率。

(3)在進行多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度過程中，所設(shè)計的方法可以有效提高調(diào)度速度，并保證調(diào)度效率。

1 分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的能量交換控制

1.1 含多種分布式能源微電網(wǎng)的混合拓撲結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

為實現(xiàn)含多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度，需要首先構(gòu)建分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的信道拓撲結(jié)構(gòu)。對多種分布式能源微電網(wǎng)中分布式能源微電網(wǎng)進行虛擬同步控制，建立分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間的物理信息自適應均衡調(diào)度模型[5]，得到調(diào)度過程的統(tǒng)計特征分布為：

z(i,d)=xr1+F(xr2-xr3)

(1)

其中，F(xiàn)為分布式電源滲透率，xr1、xr2及xr3分別為小區(qū)第1、2、3次轉(zhuǎn)移的能量。采用直流型分布式電源融合的方法，建立分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)的輸出擴頻模型為：

u(i,d)=Pdiz(i,d)

(2)

其中，i為調(diào)度統(tǒng)計量，d為輸出擴頻統(tǒng)計量，Pdi為擴頻特征量，以xr1作為基向量，{xr2,xr3}作為分布式能源微電網(wǎng)的物理信息傳輸負載，基于交直流混合微電網(wǎng)控制的方法，進行分布式能源微電網(wǎng)調(diào)度和模糊聚類處理，根據(jù)直流微電網(wǎng)之間的能量交換特征性，建立多種分布式能源微電網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡模型[6]，得到分布式能源電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的信道拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式能源電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的信道拓撲結(jié)構(gòu)

采用歸一化的雙向下垂控制方法，進行分布式能源電網(wǎng)的物理信息采樣和自適應調(diào)度，建立分布式能源電網(wǎng)的負載均衡控制模型，采用單幀數(shù)據(jù)傳輸控制方法[7]，得到多種分布式能源微電網(wǎng)中分布式能源微電網(wǎng)傳輸?shù)男诺浪p與擴頻特征量的關(guān)系為：

(3)

其中，Kv(z)微電網(wǎng)傳輸?shù)男诺浪p量，N為調(diào)度總次數(shù)。采用自相關(guān)匹配濾波檢測方法提取多種分布式能源微電網(wǎng)中分布式能源微電網(wǎng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，對提取的特征信息進行網(wǎng)格聚類處理，分析多種分布式能源微電網(wǎng)的電力信息傳輸?shù)亩鄰教匦?，?gòu)建交直流混合微電網(wǎng)控制器，構(gòu)建含多種分布式能源微電網(wǎng)的混合拓撲結(jié)構(gòu)模型為：

(4)

其中，dn為混合拓撲傳輸因子，t為拓撲信道接收序列。根據(jù)混合拓撲結(jié)構(gòu)模型完成協(xié)調(diào)調(diào)度的能量交換控制。

1.2 分布式能源微電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度能量自適應控制模型

在建立含多種分布式能源微電網(wǎng)的混合拓撲結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，提取含有多種分布式能源微電網(wǎng)的能源譜信息特征量，基于有功功率變化特征分析方法進行分布式能源微電網(wǎng)的能量交換控制，采用分集判決反饋均衡器實現(xiàn)多種分布式能源微電網(wǎng)傳輸信息的自適應學習，得到分布式能源微電網(wǎng)傳輸?shù)淖赃m應訓練權(quán)重為ω=((ω1,a1),(ω2,a2),...,(ωn,an))T,ωj∈[0,1]，求得多臺接口變換器輸出的物理信息的統(tǒng)計序列為：

(5)

其中，si(n)為微電網(wǎng)數(shù)據(jù)流序列，對交流微電網(wǎng)頻率和直流微電網(wǎng)電壓進行歸一化處理[8]，分布式能源微電網(wǎng)的數(shù)據(jù)流樣本S=X1,X2,…,Xk,…，對變換器中流過的功率特征樣本數(shù)據(jù)進行屬性歸并，得到屬性集i∈Ss，根據(jù)微電網(wǎng)交流頻率的動態(tài)響應，得到分布式能源微電網(wǎng)的模糊聚類函數(shù)滿足：

(6)

對于混合微電網(wǎng)接口變換器的輸出統(tǒng)計序列進行模糊聚類處理[9]，假設(shè)統(tǒng)計特征集中含有n個樣本，其中樣本xi，i=1,2,…,n在多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間調(diào)度的帶寬為：

(7)

式中，amn稱為直流電容流向接口變換器的功率包絡幅值，gmn(t)為數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均值，n(t)為干擾項，在多種分布式能源微電網(wǎng)環(huán)境中，交流側(cè)電壓方程為：

(8)

其中，bv為交流側(cè)電壓。根據(jù)上述分析，建立含多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的能量自適應控制模型為：

(9)

其中，yi(t)為微電網(wǎng)儲能裝置中的能源信息，nm(t)為傳輸比特率。根據(jù)該模型實現(xiàn)小區(qū)間的能量交換控制。

2 能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化

2.1 能源微電網(wǎng)的能量特征分析

在上述建立含多種分布式能源微電網(wǎng)的混合拓撲結(jié)構(gòu)模型，并基于有功功率變化特征分析方法完成分布式能源微電網(wǎng)的能量交換控制的基礎(chǔ)上，進行多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度。所提出多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度方法,根據(jù)交流微電網(wǎng)頻率和直流微電網(wǎng)電壓等參量進行協(xié)調(diào)調(diào)度，得到變換器交流側(cè)電壓特征量為：

(10)

采用直流電容充放電功率調(diào)節(jié)的方法，進行分布式能源微電網(wǎng)的同步電機接入，得到電能傳輸?shù)慕y(tǒng)計序列為{xn}Nn=1，直接控制交流頻率特征矢量：

xn=(xn,xn-τ,…,xn-(m-1)τ)

(11)

直流微電網(wǎng)流向直流電容的特征量為：

DS={(x0，t0)，(x1，t1)，…，(xi，ti)，…}

(12)

通過整個電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量特征分析，得到分布式能源微電網(wǎng)的模糊貼合度函數(shù)為：

O(p)=xnbv(t)

(13)

k(x)=DS-O(p)

(14)

綜上分析，進行能源微電網(wǎng)的能量特征分析，采用多分簇均衡控制的方法，進行直流微電網(wǎng)電壓參數(shù)估計和能量特征分析。

2.2 微電網(wǎng)的小區(qū)協(xié)調(diào)調(diào)度

對含多種分布式能源微電網(wǎng)來說，物理信息自適應均衡調(diào)度集的最大量化特征分布集滿足yi(t)+1,=nm(t)+1和i,i:=di,i,假設(shè)τm(θ)≤min{x(i,d),z(i,d),u(i,d)}，多種分布式能源微電網(wǎng)傳輸信息的自適應轉(zhuǎn)發(fā)特征量為：

sm(t)=cos{2π0[t+τm(θ)]}

(15)

其中，τm(θ)為分布式能源微電網(wǎng)的關(guān)聯(lián)特征的協(xié)方差，采用交流頻率和直流電壓慣性聯(lián)合調(diào)節(jié)的方法，進行微電網(wǎng)的小區(qū)協(xié)調(diào)調(diào)度，微電網(wǎng)中分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)調(diào)度的控制結(jié)構(gòu)模型描述為：

(16)

{x(i,d),z(i,d),u(i,d)}分別為交流頻率和直流電壓自適應補償系數(shù)，表示為{xi,zi,ui}的第d維分量，利用容量優(yōu)化估計方法，得到分布式能源微電網(wǎng)的負載為：

(17)

當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，交流頻率的測量值的計算公式為：

(18)

(19)

求得混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的負荷，采用虛擬同步電機控制的方法，得到系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)A和M分別為：

A=(2-1,2-2,…,2-n,2-n+1)

(20)

M=(1,0,…,0)p

(21)

(22)

圖2 微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的時延

圖3 微電網(wǎng)的調(diào)度效時間與小區(qū)間距離的關(guān)系對比圖

3 仿真實驗與結(jié)果分析

為驗證所提方法在含多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度中的應用性能[10]，設(shè)計仿真實驗，選用MATLAB仿真軟件為實驗平臺，設(shè)定分布式能源微電網(wǎng)的勵磁調(diào)節(jié)系數(shù)為0.24，虛擬電勢為120V，負荷增量為1000kW，分布式能源微電網(wǎng)的參數(shù)設(shè)置結(jié)果見表1。

表1 分布式能源微電網(wǎng)的參數(shù)估計結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置，進行多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度，得到調(diào)度時延結(jié)果如圖2所示。

分析圖2得知，采用所提方法進行微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度，隨著通帶截止頻率的降低及采樣率的升高，微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的時延逐漸降低，表明微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的穩(wěn)定性較好。

測試文獻[3]、文獻[4]方法及所提方法的調(diào)度速度，調(diào)度速度越快，調(diào)度協(xié)調(diào)性越好。得到對比結(jié)果如圖3所示。

分析圖3得知，采用文獻[3]方法的總調(diào)度時間為130s，采用文獻[4]方法的總調(diào)度時間為120s，而采用所提方法的總調(diào)度時間為55s。在傳輸距離為1000mm的微電網(wǎng)區(qū)間內(nèi)，三種方法調(diào)度速度分別為7.69mm/s、8.33mm/s、18.18mm/s.。對比結(jié)果表明，采用所提方法進行多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的調(diào)度速度較快，調(diào)度協(xié)調(diào)性較好，同時該方法的調(diào)度效率較高。

4 結(jié) 語

微電網(wǎng)的覆蓋密度不斷增大，導致電力能源分配不均衡，因此提出含多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度方法。為驗證方法的有效性，設(shè)計了仿真實驗。實驗采用所提方法進行微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度的調(diào)度時延較低，說明方法協(xié)調(diào)調(diào)度的穩(wěn)定性較好。采用文獻[3]、文獻[4]方法作為對比，測試三種方法的調(diào)度速度，所提方法的調(diào)度速度最快，表明該方法的調(diào)度效率高，調(diào)度協(xié)調(diào)性較好。

微電網(wǎng)能夠與傳統(tǒng)電網(wǎng)相連接，實現(xiàn)聯(lián)合供能，優(yōu)化微電網(wǎng)電能調(diào)度，可有效滿足用戶的彈性需求，減少電力系統(tǒng)負載壓力。未來將以電力系統(tǒng)負載壓力為研究方向，進一步完善含多種分布式能源微電網(wǎng)小區(qū)間協(xié)調(diào)調(diào)度方法。