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        基于分布式擬牛頓法的交流微電網(wǎng)經(jīng)濟運行控制

        2022-12-22 11:48:56魏珊珊俞嘉浩蔡位焜
        電力自動化設(shè)備 2022年12期
        關(guān)鍵詞:控制策略

        魏珊珊,高 飛,俞嘉浩,蔡位焜,劉 東

        (1. 上海交通大學(xué) 電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室,上海 200240;2. 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院,上海 200240;3. 上海空間電源研究所,上海 200240)

        0 引言

        近年來,隨著人們對能源消耗和環(huán)境治理兩方面的持續(xù)關(guān)注,風(fēng)能、太陽能等可再生能源的滲透率快速提升,能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變[1]。然而,可再生能源固有的隨機性和間歇性特點給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量帶來了不利影響[2]。微電網(wǎng)作為一種小型供電系統(tǒng),由分布式電源DG(Distributed Generator)、儲能系統(tǒng)、負(fù)荷、控制保護設(shè)備等基本單元構(gòu)成,能有效實現(xiàn)可再生能源的友好接入電網(wǎng)[3]。由于DG 的發(fā)電成本各異,如何將微電網(wǎng)功率分配與經(jīng)濟運行相結(jié)合,以節(jié)約發(fā)電成本,是微電網(wǎng)能源管理的一個重要問題。

        微電網(wǎng)經(jīng)濟運行問題是使系統(tǒng)滿足功率供需平衡以及DG 出力約束條件下,總發(fā)電成本最小化的問題[4]。目前,微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行控制主要基于分層控制,分層控制由一次控制、二次控制和三次控制三部分組成[5]。一次控制基于下垂機制,能有效控制微電網(wǎng)的電壓和頻率,并且能夠在不依賴通信的條件下實現(xiàn)功率按比例分配。對于下垂機制中存在的電壓和頻率偏差問題,通常利用二次控制在相對較長的時間尺度下解決[6]。三次控制作為分層控制中的最高層,能夠在更長的時間尺度下實現(xiàn)能量管理、系統(tǒng)優(yōu)化和經(jīng)濟調(diào)度[7]。然而,由于可再生能源的不確定性和負(fù)荷需求的快速變化,電力預(yù)測可能存在較大的誤差,這使得基于預(yù)測的經(jīng)濟調(diào)度在微電網(wǎng)中的作用較?。?],因此,在對微電網(wǎng)的實時電壓/頻率控制過程中也應(yīng)該考慮經(jīng)濟優(yōu)化運行。

        微電網(wǎng)中傳統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行策略大多依賴于集中式控制來實現(xiàn),通過收集微電網(wǎng)的運行信息,利用通信線和各DG 的本地控制單元進行高帶寬的點對點通信,集中式控制的調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度高,但是增加了通信和計算成本,此外,集中控制器本身容易導(dǎo)致單點故障,不利于未來微電網(wǎng)的拓展和DG、負(fù)荷的“即插即用”[9]。為克服集中式控制的不足,有學(xué)者提出基于無通信的自治經(jīng)濟下垂控制。文獻[10?12]分別考慮DG 發(fā)電成本、邊際成本和需求側(cè)管理,提出非線性下垂控制,通過優(yōu)化功率分配來降低微電網(wǎng)的總發(fā)電成本。盡管下垂控制簡單,但由于缺乏協(xié)調(diào),基于下垂控制的經(jīng)濟優(yōu)化策略仍然存在一些固有的缺點,例如,資源之間的負(fù)載共享不是最優(yōu)的,動態(tài)性能差可能導(dǎo)致爭用控制[8],此外,下垂控制對測量誤差非常敏感,需高精度的測量。不基于下垂機制的分布式協(xié)同控制策略則利用稀疏通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰網(wǎng)絡(luò)交換信息,在某些通信鏈路故障時也能夠保持系統(tǒng)全部功能,克服了集中式控制和下垂控制的缺點[13?14]。文獻[13]結(jié)合等耗量微增率準(zhǔn)則和次梯度算法,在實現(xiàn)直流微電網(wǎng)發(fā)電成本最小的同時使電壓得到恢復(fù)。文獻[14]利用分布式擬牛頓法控制同步發(fā)電機的頻率并優(yōu)化有功功率分配,擬牛頓法利用二階梯度信息,具有更快的收斂速度,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)快速收斂,但是該文獻沒有考慮電壓的穩(wěn)定性以及無功出力帶來的間接成本。此外,DG由于輸出特性各異,大多以電力電子逆變器為接口并入微電網(wǎng),這構(gòu)成了微電網(wǎng)多逆變器環(huán)境[15],需要提出一種針對多逆變器并聯(lián)微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行控制策略。

        本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,針對混合電壓源型和電流源型逆變器的交流微電網(wǎng),提出一種分布式經(jīng)濟運行控制策略。該策略利用擬牛頓法優(yōu)化有功功率和無功功率的分配,并基于改進的下垂控制實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電成本最小和高質(zhì)量電壓/頻率控制。首先,介紹交流微電網(wǎng)中逆變器的類型和不同DG 的發(fā)電成本,并討論分布式擬牛頓法的實現(xiàn)過程;然后,介紹基于擬牛頓法的經(jīng)濟運行控制策略;最后,與基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略進行仿真對比分析,驗證了本文所提策略能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)最優(yōu)的經(jīng)濟運行性能和更優(yōu)的電壓/頻率調(diào)節(jié)性能,并在負(fù)荷變化、逆變器故障、通信故障等工況下維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

        1 交流微電網(wǎng)的發(fā)電成本

        1.1 交流微電網(wǎng)模型

        逆變器是交流微電網(wǎng)中連接DG 和交流母線的重要端口[16]。根據(jù)逆變器的運行模式,將其分為組網(wǎng)逆變器、饋網(wǎng)逆變器和撐網(wǎng)逆變器GSI(Grid-Sup?porting Inverter)3類[17]。其中:組網(wǎng)逆變器為微電網(wǎng)提供電壓和頻率的支撐,既可運行在孤島模式又可運行在并網(wǎng)模式;饋網(wǎng)逆變器可看作理想的電流源,為微電網(wǎng)提供功率;GSI 則是組網(wǎng)逆變器和饋網(wǎng)逆變器的一般形式,其控制框圖如圖1 所示,包括下垂控制、電壓環(huán)或功率環(huán)、電流環(huán)和脈沖寬度調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation)。根據(jù)GSI控制策略的不同,可將其分為電壓源型撐網(wǎng)逆變器VS-GSI(Voltage-Source-based Grid-Supporting Inverter)和電流源型撐網(wǎng)逆變器CS-GSI(Current-Source-based Grid-Supporting Inverter)。

        圖1 撐網(wǎng)逆變器的控制框圖Fig.1 Block diagram of GSI control

        圖1 中:Lf為濾波電感;Cf為濾波電容;rc和Lc分別為線路電阻和電感;ig,abc、io,abc分別為逆變器側(cè)三相電流和網(wǎng)側(cè)三相電流;ug,abc為三相輸出電壓;ugd、ugq分別為三相電壓ug,abc經(jīng)Park 變換后得到的d、q軸電 壓;igd、igq和iod、ioq分 別 為 三 相 電 流ig,abc和io,abc經(jīng)Park 變換后得到的d、q軸電流;θ為相角;P為逆變器輸出的有功功率;Q為逆變器輸出的無功功率。VS-GSI 的控制回路包括下垂控制、電壓環(huán)和電流環(huán),下垂控制用于輸出頻率的參考值f*和電壓的參考值U*,電壓環(huán)和電流環(huán)常采用比例積分PI(Propor?tional Integral)控制來控制逆變器的輸出電壓,為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐。CS-GSI的控制回路包括下垂控制、功率環(huán)和電流環(huán),下垂控制用于輸出有功功率的參考值P*和無功功率的參考值Q*,將其除以ugd得到電流的參考值,用于控制逆變器的輸出功率及電流。

        相較于VS-GSI,CS-GSI 的控制結(jié)構(gòu)較簡單,可以減少1個PI控制器。由文獻[18]可知,混合VS-GSI和CS-GSI 系統(tǒng)同樣可以運行在孤島模式,實現(xiàn)功率按比例分配。圖2 為本文所研究的交流微電網(wǎng)拓?fù)鋱D。圖中:Zline1—Zline6為不同DG 連接交流母線的線路阻抗;DG1—DG3通過VS-GSI 與交流母線相連,為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐;DG4—DG6通過CS-GSI與交流母線相連,向電網(wǎng)輸送功率,參與系統(tǒng)電壓和頻率的調(diào)節(jié)。

        圖2 混合VS-GSI和CS-GSI交流微電網(wǎng)的拓?fù)鋱DFig.2 Topological diagram of AC microgrid with hybrid VS-GSI and CS-GSI

        1.2 有功發(fā)電成本

        DG 可以分為可調(diào)度DG 和不可調(diào)度DG??烧{(diào)度DG 為原動機功率可控制的DG,包括微型燃?xì)廨啓C、柴油發(fā)電機等。不可調(diào)度DG 為一次能源具有一定隨機波動性的DG,不便于提前調(diào)度,包括風(fēng)電、光伏等。

        由附錄A 可知,DGi有功發(fā)電成本CP,i( )Pi可表示為:

        式中:Pi為DGi的有功功率;ki、mi、ti為系數(shù),其值與DGi的類型有關(guān)。

        1.3 無功發(fā)電成本

        無功功率的產(chǎn)生不需要直接消耗燃料或其他任何形式的能量,但會導(dǎo)致有功功率損耗[12],因此,無功發(fā)電成本CQ,i(Qi)[10]可以表示為:

        式中:Qi為DGi的無功功率;θi為DGi的有功功率損耗占無功功率發(fā)電量的比例,根據(jù)文獻[10],同步發(fā)電機和逆變器的功率損耗分別為其所產(chǎn)生的無功功率發(fā)電量的3%和5%。

        1.4 優(yōu)化目標(biāo)

        在微電網(wǎng)經(jīng)濟運行時,系統(tǒng)應(yīng)滿足功率平衡、各DG 出力約束、系統(tǒng)發(fā)電成本最小這3 個條件。根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則,當(dāng)各DG 的耗量微增率相等時,負(fù)荷分配最優(yōu),且系統(tǒng)發(fā)電成本最小,因此,優(yōu)化問題可描述為以下模型:

        式中:n為微電網(wǎng)中DG 的總數(shù);zi為被控對象(DGi的有功功率Pi、無功功率Qi);zloss、zD分別為線路損耗和負(fù)載功率;RIC( )zi為關(guān)于zi的耗量微增率;分別為zi的最小值和最大值。

        由式(1)和式(2)可知,DGi有功功率的耗量微增率RIC(Pi)和無功功率的耗量微增率RIC(Qi)分別如式(5)和式(6)所示。

        由式(6)可以看出,RIC(Qi)與RIC(Pi)之間存在線性關(guān)系,但在式(5)中對RIC(Pi)的優(yōu)化可獨立進行,此外,負(fù)荷在某段時間內(nèi)是固定不變的,因此在對微電網(wǎng)無功發(fā)電成本進行優(yōu)化時,式(6)中的RIC(Pi)可看作常量,其值為有功耗量微增率的穩(wěn)態(tài)值,以此協(xié)調(diào)有功發(fā)電成本最小和無功發(fā)電成本最小這2個目標(biāo)。

        為了便于分析,式(5)和式(6)可統(tǒng)一表述為:

        式中:當(dāng)zi表示有功功率時,ai=ki,bi=mi,當(dāng)zi表示無功功率時,ai=ki,bi=θiRIC(Pi)。令RIC(zi)=RIC(zj)=x,根據(jù)式(7),式(3)可以改寫為:

        此時,目標(biāo)函數(shù)的直接被控對象為功率的耗量微增率x。值得注意的是,式(8)依然需要滿足式(4)的約束條件。根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則,當(dāng)某DG 的輸出功率達到某個界限時,應(yīng)將其固定為最值,并將該DG 稱為固定電源。為了保證系統(tǒng)優(yōu)化更新過程能夠繼續(xù),固定電源的耗量微增率應(yīng)繼續(xù)參與系統(tǒng)的優(yōu)化更新,但始終保持固定電源的輸出功率不變[14]。

        2 分布式擬牛頓法

        2.1 迭代方程

        令φi(x)=φ(x)/n,并將目標(biāo)函數(shù)改寫為:

        分布式算法的核心思想是:每個節(jié)點根據(jù)本地和通信網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點更新耗量微增率的估算值xi,直到所有節(jié)點的耗量微增率達到一致。根據(jù)梯度?φi(xi(k)),xi(k)的迭代方程為:

        式中:μij為通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點i和節(jié)點j之間的權(quán)重,由附錄B 中metropolis 權(quán)重準(zhǔn)則生成;σ為關(guān)于梯度的步長;k為迭代次數(shù)。

        本 文 假 設(shè)x=[x1,x2,…,xn]T,h(x)=[?φ1(x1),?φ2(x2),…,?φn(xn)]T,A=(μij)n×n,I為n×n階單位矩陣,則式(10)的矩陣形式為:

        考慮以下新的目標(biāo)函數(shù):

        當(dāng)x1=x2=…=xn時,(I-A)x=0,因此,xT(I-A)x是等耗量微增率在式(12)中的體現(xiàn)。當(dāng)步長σ足夠小時,新目標(biāo)函數(shù)式(12)的優(yōu)化結(jié)果接近于式(9)的優(yōu)化結(jié)果[19]。式(12)的梯度gk為:

        則海森矩陣Hk為:

        式中:Gk為對角矩陣,其對角元素(Gk)ii如式(15)所示。

        因此,關(guān)于二階梯度的迭代方程為:

        式中:dk為牛頓方向,dk=gk,為海森矩陣的逆矩陣;λ為關(guān)于dk的步長。

        2.2 分布式擬牛頓法

        牛頓法在求解的過程中通過海森矩陣引入二階梯度信息,以牛頓方向為搜索方向進行更新,有更快的迭代收斂速度,但海森矩陣在稠密時的求逆計算量大,在海森矩陣無法保持正定時,其逆矩陣不存在,這會導(dǎo)致牛頓法失效。擬牛頓法則通過構(gòu)建正定矩陣近似,克服了牛頓法的缺點。在附錄C式(C1)—(C12)分布式擬牛頓法的推導(dǎo)過程中,gk第i個元素gi,k表達式中的功率偏移項zi(k)-zD-zloss需要全局信息,無法從本地獲取,而在感性電網(wǎng)中,有功功率與頻率強相關(guān),無功功率與電壓強相關(guān),因此,功率偏移項可由本地頻率/電壓偏移間接得到。令RIC(Pi)=xPi,RIC(Qi)=xQi,根據(jù)附錄C 式(C12),有功功率和無功功率的耗量微增率在第k次迭代時的梯度gi,k,P和gi,k,Q分別為:

        式中:Ni為與節(jié)點i相連節(jié)點的集合;Kf、Ku分別為頻率和電壓偏移系數(shù);fi( )k為節(jié)點i處的頻率在第k次迭代時的采樣值;Ui( )k為節(jié)點i處的電壓在第k次迭代時的采樣值;fn為額定頻率;Un為額定電壓。

        分布式擬牛頓法根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則優(yōu)化功率分配的步驟如附錄C圖C1所示。

        3 分布式經(jīng)濟運行控制策略

        本文所提的分布式經(jīng)濟運行控制策略考慮了各DG的發(fā)電成本,能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量電壓/頻率控制和發(fā)電成本最優(yōu)。圖3 為混合VS-GSI 和CS-GSI 交流微電網(wǎng)的分布式經(jīng)濟運行控制策略框圖,為了便于分析,假設(shè)節(jié)點i處的逆變器為VS-GSI,節(jié)點j處的逆變器為CS-GSI。圖中:、分別為估算的節(jié)點i處有功、無功功率;Kp、Kq分別為有功、無功偏移系數(shù);ΔQi為節(jié)點i處無功功率的估算值與實際值之差;Gi(s)為PI 控制器;δei為節(jié)點i處電壓的微調(diào)量;δωi為節(jié)點i處頻率的微調(diào)量;、分別為VS-GSI 外環(huán)d、q軸電壓控制器的參考值;ug為輸出電壓;Nj為與節(jié)點j相連節(jié)點的集合;Φi=[Pi,Qi]為VS-GSI 在節(jié)點i的本地測量功率;Φj=[Pj,Qj]為CS-GSI 在節(jié)點j的本地測量功率為節(jié)點i處的參考頻率;ωn為額定頻率。每臺逆變器的本地信息通過通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰節(jié)點信息進行交換。無功功率控制器和有功功率控制器根據(jù)相鄰節(jié)點和本地節(jié)點的信息Φk=[Pk,Qk](k∈Ni∩Nj)計算得到耗量微增率,利用分布式擬牛頓法優(yōu)化各臺逆變器的輸出功率,并實現(xiàn)電壓和頻率的控制。

        圖3 混合VS-GSI和CS-GSI交流微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行控制策略框圖Fig.3 Block diagram of economic operation control strategy for AC microgrid with hybrid VS-GSI and CS-GSI

        3.1 電壓和無功功率控制

        在微電網(wǎng)實際運行中,個別母線電壓可以略微偏離額定值(通常小于5%)[20],這為無功功率分配提供了至關(guān)重要的條件。在混合VS-GSI 和CS-GSI的微電網(wǎng)中,各節(jié)點通過通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰節(jié)點交換無功功率測量值信息,進而,利用分布式擬牛頓法根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則優(yōu)化無功功率分配,實現(xiàn)無功發(fā)電成本最小。

        ΔQi經(jīng)過PI 控制器Gi( )s后得到電壓的微調(diào)量δei,進而控制VS-GSI實際輸出的無功功率,因此,VSGSI外環(huán)d軸電壓控制器的參考值為:

        VS-GSI外環(huán)q軸電壓控制器的參考值=0。

        值得注意的是,式(19)將電壓與無功功率相聯(lián)系,無功功率的變化通過電壓微調(diào)量δei影響電壓的變化。此外,分布式擬牛頓法在無功功率的迭代過程中能夠進一步減小電壓偏移,如式(20)所示。

        3.2 頻率和有功功率控制

        在混合VS-GSI和CS-GSI的微電網(wǎng)中,各節(jié)點通過通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰節(jié)點交換有功功率測量值信息,進而,利用分布式擬牛頓法根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則優(yōu)化有功功率分配,實現(xiàn)有功發(fā)電成本最小。

        δωi與額定頻率ωn相加后得到參考頻率,為微電網(wǎng)提供頻率支撐。

        值得注意的是,式(21)將頻率與有功功率相聯(lián)系,有功功率的變化通過頻率微調(diào)量δωi間接影響頻率。此外,擬牛頓法在有功功率的迭代過程中能夠進一步減小頻率偏移,如式(22)所示。

        4 算例分析

        為了驗證所提出的交流微電網(wǎng)經(jīng)濟運行控制策略的有效性,在仿真軟件PLECS 中搭建如圖2 所示的仿真模型。其中,6 臺不同容量的DG 通過撐網(wǎng)逆變器(3臺VS-GSI、3臺CS-GSI)經(jīng)具有不同阻抗的線路并聯(lián)接入公共母線。主電路與控制回路的主要參數(shù)如附錄D 所示。通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為環(huán)形。交流微電網(wǎng)的初始負(fù)荷為1.38+j0.31 kV·A。

        本文考慮2類成本函數(shù)[10,12]:

        式 中:C1P,i(Pi)為 可 調(diào) 度DGi的 有 功 發(fā) 電 成 本,C2P,j(Pj)為不可調(diào)度DGj的有功發(fā)電成本,DG1—DG3的發(fā)電成本均為C1P,i( )Pi,DG4—DG6的發(fā)電成本均為C2P,j(Pj)。

        4.1 負(fù)荷響應(yīng)分析

        本文所提控制策略基于分布式擬牛頓法以及改進的下垂控制實現(xiàn)功率的最優(yōu)分配和電壓/頻率的高質(zhì)量控制。為了顯示本文所提策略的優(yōu)越性,在相同的微電網(wǎng)中,將其與文獻[2]中基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略進行對比。文獻[2]采用傳統(tǒng)的電壓-無功下垂控制將有功-頻率下垂控制改進為有功等耗量-頻率下垂控制,僅考慮有功功率的發(fā)電成本。在t=3 s 和t=6 s 時負(fù)荷均增加1.38+j0.31 kV·A,基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略得到的電壓和頻率的仿真結(jié)果分別如圖4(a)、(b)所示(圖中頻率與電壓均為標(biāo)幺值,后同),由于下垂控制固有的缺陷,電壓和頻率存在偏移,且隨著負(fù)荷的增加而下降,在t=6 s 負(fù)荷較大時,電壓跌落超過5%,較為嚴(yán)重。此外,基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略采用電壓-無功下垂控制,各DG 的無功功率耗量微增率不相等,如圖4(c)所示,無功發(fā)電成本不能達到最優(yōu)。

        本文所提基于分布式擬牛頓法的經(jīng)濟運行控制策略的仿真結(jié)果如圖5 所示。由圖可以看出,頻率基本運行在額定值,電壓存在微小的偏移,在t=3 s和t=6 s負(fù)荷突增時,頻率在較小的波動后快速穩(wěn)定在額定值,而電壓的偏移量隨著負(fù)荷的增加而增加,但最大偏移量小于1.5%,仍然能夠?qū)崿F(xiàn)電壓和頻率的高質(zhì)量控制,此外,本文所提經(jīng)濟運行控制策略能夠使各DG 的無功功率耗量微增率相等,且隨著系統(tǒng)負(fù)荷的增加,各DG 的無功功率耗量微增率也將動態(tài)調(diào)整并最終相等,使系統(tǒng)的無功功率運行成本最優(yōu)。

        圖5 所提經(jīng)濟運行控制策略的仿真結(jié)果Fig.5 Simulative results of proposed economic operation control strategy

        相較于基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略,本文所提經(jīng)濟運行控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的電壓和頻率控制。此外,所提經(jīng)濟運行控制策略依據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則實現(xiàn)有功功率和無功功率的最優(yōu)分配,使系統(tǒng)發(fā)電成本最小。

        4.2 逆變器故障

        逆變器在發(fā)生故障退出運行時可能會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本節(jié)研究所提經(jīng)濟運行控制策略對逆變器故障下系統(tǒng)的恢復(fù)能力,實現(xiàn)DG“即插即用”。

        微電網(wǎng)的負(fù)荷始終保持為4.14+j0.93 kV·A。VS-GSI1在t=5 s 時發(fā)生故障退出運行,且通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生相應(yīng)變化。逆變器故障下系統(tǒng)的運行結(jié)果如圖6 所示,在VS-GSI1發(fā)生故障后,其余GSI能夠保持經(jīng)濟運行,各DG 的無功功率耗量微增率收斂且相等。當(dāng)VS-GSI1在t=8 s 恢復(fù)運行后,6 臺GSI 再次實現(xiàn)經(jīng)濟運行,因此,所提經(jīng)濟運行控制策略具有DG“即插即用”的能力,對逆變器故障有較強的魯棒性。

        圖6 逆變器故障下系統(tǒng)的運行結(jié)果Fig.6 System operation results under inventer failure

        4.3 通信故障

        在系統(tǒng)運行過程中,通信系統(tǒng)也會出現(xiàn)故障,影響信息交換。本文對所提經(jīng)濟運行控制策略進行仿真測試來研究通信故障對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

        假設(shè)在t=2 s 時,節(jié)點1 和節(jié)點2 之間的通信鏈路因出現(xiàn)故障而斷開,通信鏈路從環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變?yōu)榫€形結(jié)構(gòu),在t=4 s時,節(jié)點1和節(jié)點2之間的通信恢復(fù)正常,且在t=3 s 和t=6 s 時負(fù)荷增加,系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖7所示。在通信故障發(fā)生后,各DG 的無功功率耗量微增率收斂且相等,系統(tǒng)依然能夠維持穩(wěn)定運行。與t=6 s通信正常時的動態(tài)效果相比,在t=3 s 通信鏈路故障且負(fù)荷發(fā)生突變時,各DG 的耗量微增率動態(tài)效果較差,但各耗量微增率依然能夠?qū)崿F(xiàn)收斂且相等。因此,所提經(jīng)濟運行控制策略對通信故障具有較強的魯棒性。

        圖7 通信鏈路故障下系統(tǒng)的運行結(jié)果Fig.7 System operation results under communication link failure

        5 結(jié)論

        本文針對混合VS-GSI 和CS-GSI 交流微電網(wǎng)提出一種基于分布式擬牛頓法的經(jīng)濟運行控制策略,并與基于傳統(tǒng)下垂控制的經(jīng)濟運行控制策略進行仿真對比,所提經(jīng)濟運行控制策略的優(yōu)點如下:

        1)根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則并基于分布式擬牛頓法,所提經(jīng)濟運行控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)有功發(fā)電成本和無功發(fā)電成本最小,并實現(xiàn)微電網(wǎng)經(jīng)濟運行;

        2)所提經(jīng)濟運行控制策略基于改進下垂控制,使系統(tǒng)電壓的偏移量小,且使頻率運行在額定值,具有較強的電壓和頻率控制能力;

        3)在面對線路阻抗不匹配、負(fù)荷變動、逆變器故障、通信故障等工況時,所提經(jīng)濟運行控制策略均具有較強的魯棒性,能夠?qū)崿F(xiàn)電壓以及頻率的穩(wěn)定控制。

        附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.epae.cn)。

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