一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法与流程

1.本发明属于微电网运行控制技术领域，具体涉及一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法。

背景技术：

2.微电网是将多种分布式电源、分布式储能、负载以及相关的监控保护装置构成的区域自治型电网系统。单个微电网难以满足故障场景下负荷的灵活转供，抵御风险的能力较差。
3.若微电网中某线路突发故障，受影响的源荷需要通过拓扑的变换进行转供保障不间断供电，目前相应的研究主要集中于供电拓扑的优化选择上，将开关状态用0-1两态值进行表示，同时考虑降低网络损耗、优化供电成本、改善电压质量等目标函数，通过多种数学优化算法、启发式算法和智能算法，如遗传算法、免疫算法、粒子算法、基于多种方法的混合法等对优化问题进行求解得出新的拓扑结构。但拓扑优化算法未曾考虑开关动作时对微电网系统的动态影响，因此还需要关注指令下发后微网内部各分布式电源的控制问题，如何在高密度分布式电源接入微电网中协调控制使转供过程波动最小，过渡平滑。
4.通过微网内部分布式电源增发预先降低联络线功率降低开关断开时的暂态波动，但在突发故障的场景下需要对所波及的节点及源荷进行快速的切除和转供，尽可能的保证供电可靠性，此时难以进行预先的联络线功率降低等操作，同时短时间内难以考虑经济化的转供策略，只能在可转供的线路中尽可能的选择引起波动最小的节点进行负荷转供。

技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，解决了背景技术中提到的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，包括以下步骤：
8.a：通过各微电网内部分布式电源采集本地电压电流信息，经下垂控制得到电压参考值，并基于分布式一致性算法计算各微电网内部无功按容量均分的补偿量和电压恢复所需的补偿量；
9.b：计及拓扑切换过程中的冲击电流，明确各微电网功率可调范围，通过对转供路径两端电压相角差、预估联络线稳态传输功率的比较选择引起波动最小的转供路径；
10.c：基于所选择的转供路径，通过分布式信息网络对频率恢复补偿量进行交互，实现在拓扑切换时保持有功功率的按容量均分；
11.d：在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网。
12.进一步地，所述步骤a，按如下步骤a01至步骤a04，计算得到电压的参考值e
iref
：
13.a01：按照以下控制方法：
[0014][0015]
计算得到分布式电源输出电压角频率参考值ωi和幅值参考值ei；其中，下标i表示第i台分布式电源；ωi和ei分别是分布式电源i输出电压的角频率参考值和电压幅值参考值；ω
*
和e
*
代表了微电网系统的额定角频率和电压幅值；pi和qi分别是通过采样的本地电压电流得到的分布式电源i输出的有功和无功功率；mi和ni分别是模仿发电机特性设置的有功和无功下垂系数。
[0016]
a02：考虑到下垂控制的有差调节特性以及阻抗间的不平衡，基于分布式通信网络：
[0017][0018]
计算微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
；其中，k
qp
和k
qi
表示q-u无功电压调节环节的比例和积分控制增益；a
ij
表示分节点之间的通信关系，a
ij
》0表示分布电源i和j可信息交互，否则a
ij
＝0；ni和nj分别是分布式电源i和分布式电源j的无功下垂系数，其值与容量成反比；qi和qj分别为分布式电源i和分布式电源j的无功输出；ni表示与第i台分布式电源相连的集合；
[0019]
a03：基于动态一致性观测器：
[0020][0021]
计算将微电网内部全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
；其中，和分别是分布式电源i和分布式电源j处估计的全局平均电压；ei是分布式电源i输出的电压幅值；ηe是电压恢复增益系数；k
ei
是电压积分控制增益项；e
ref
是微电网系统设置的参考电压；
[0022]
a04：将各微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
和将全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
相加，再加上下垂控制环节，得到分布式电源i输出电压的参考值如下。
[0023][0024]
进一步地，所述步骤b中，按如下步骤b01至步骤b05，选择转供路径：
[0025]
b01：对开关闭合时的等值电路进行零状态响应的求解，得到开关闭合时联络线上冲击电流为：
[0026][0027]
其中，为冲击电流的周期分量幅值，其中em为开关两侧等效电压幅值,r、l分别为开关所在传输线路的电阻和电感值；ω为该系统的角频率；α为开关两侧等效
电压的相角；为开关闭和配电网网络的阻抗角；ta为联络线上冲击电流的衰减时间常数，且ta＝l/r；
[0028]
b02：明确故障区域所需功率供给和可转供至的微电网功率可调范围：
[0029][0030]
若该微电网功率可调范围大于所需，才可转供；其中，δp
max
和δp
min
分别为集有功可调节范围的上下限，δq
max
和δq
min
分别为集无功可调节范围的上下限，p
imax
、p
imin
、q
imax
、q
imin
分别为分布式电源i有功、无功出力的最大值和最小值，pi和qi为分布式电源i当前时刻的有功、无功出力大小，m为相应的微电网中可控分布式电源的集合；
[0031]
b03：通过二阶广义积分器dsogi构成锁相环分别从联络线两侧微电网电压中提取其相角，然后得到微电网间可转供路径两端的相角差δθ；同时通过快速傅里叶变换分别提取可转供路径两端的电压基波信息，从而得到微电网间可转供路径两端的电压差δe；
[0032]
b04：联络线开关闭合后的稳态电流大小也会对开关闭合时的暂态波动产生影响，但联络线上将出现的电流大小难以知晓，因此通过预估该故障区域内各分布式电源加入不同微电网后的功率变化量来代替即将通过联络线传输的功率大小：
[0033][0034]
其中，δpi和δqi分别为该故障区域内各分布式电源加入不同可转供微电网后的有功、无功变化量；y和x分别为故障区域y和将转供微电网集x中分布式电源的集合，ci为与分布式电源i容量成反比的比例系数，pi和qi为分布电源i实时的有功和无功出力，ny和n
x
分别为故障区域y和将转供区域x分布式电源的数量；
[0035]
b05：通过对三微电网构成的微网系统分别按照相角差、电压差、联络线稳态传输电流大小进行转供路径选择引起的暂态波动结果进行对比，可认为相角差对开关闭合时的暂态波动影响最大，联络线稳态传输电流大小次之，开关两侧的电压幅值差异的影响最小；据此，在微电网中突发故障后选择转供路径。
[0036]
进一步地，所述步骤b02中，q
imax
和q
imin
取值与分布式电源当前的有功出力pi有关，受功率因数限制，表达式如下：
[0037]qimax
＝-q
imin
＝|pitanθi|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0038]
其中θi表示功率因数角。
[0039]
进一步地，所述步骤b05中，在微电网中突发故障后的转供路径选择步骤如下：
[0040]
首先，比较各可转供区域的功率可调范围是否满足故障区域内的功率需求，即δp
min
《p
need
《δp
max
且δq
min
《q
need
《δq
max
；
[0041]
其次，在满足功率需求的子区域之间比较不同联络线两端的相角差，选择相角差最小的联络线min(δθ)；
[0042]
之后，若存在联络线两端相角差相同的，再比较连接到不同子区域时故障区域内分布式电源出力的变化量，选择变化量最少的联络线min(δpi+δqi)；
[0043]
最后，若仍存在变化量相似的联络线，选择其中电压幅值差最小的联络线进行转供min(δe)。
[0044]
进一步地，所述步骤c中，按如下步骤c01至步骤c02，实现拓扑切换时的有功均分：
[0045]
c01：考虑到下垂控制的有差调节特性，微电网内部各分布式电源为恢复系统频率至标准值需对输出频率进行补偿：
[0046]
δωi＝k
ωp
(ω
ref-ωi)+k
ωi
∫(ω
ref-ωi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(9)
[0047]
其中，δωi为微电网内部各分布式电源通过本地信息形成的角频率恢复补偿量；k
ωp
和k
ωi
表示p-f有功频率调节环节的比例和积分控制增益；ωi是分布式电源i输出的角频率；ω
ref
是微电网系统设置的参考角频率；
[0048]
c02：为保证拓扑切换过程中有功功率仍能保持均分，引入分布式一致性策略保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步，同时加上下垂控制环节，得到分布式电源i输出角频率的参考值ωrefi为：
[0049][0050]
进一步地，所述步骤d中，按如下步骤d01，实现原转供区域的平滑并网：
[0051][0052]
在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网；其中，δω'i和δe'i是添加的预同步补偿项，以在开关动作前实现两侧相角、电压幅值的同步；δ
xy
表示连接转供区域x和微电网区域y的开关状态，δ
xy
＝1表示开关将要闭合，δ
xy
＝0表示开关仍维持打开状态；k
ui,xy
和k
ei,xy
分别为相应的积分控制器增益；u
qx
和u
qy
为开关两侧电压经过park变化后的q轴分量的差异，通过相同电压在开关两侧不同相角下产生的q轴分量差异表示相角差；e
x
和ey的差则表示了开关两侧电压幅值的差异。
[0053]
本发明的有益效果：
[0054]
本发明所设计的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，相较于优化层面的开关切换规划，考虑了开关切换中的冲击电流等暂态波动，提出来一种能够在微电网间快速选择转供路径的控制方法；本发明考虑到分散式的频率恢复和有功按容量均分环节因为拓扑变化时的动态调节会导致均分失败，引入分布式一致性策略保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步，实现在拓扑切换时保持有功功率的按容量均分。提高了微电网的协同控制性能，提高了供电可靠性。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1是本发明所设计的故障场景下微电网间开关切换选择方法的流程图；
[0057]
图2是本发明所设计的计及开关冲击电流的故障路径选择流程图；
[0058]
图3是本发明实施例中采用的微电网仿真系统图；
[0059]
图4是微网按相角差选择转供路径时的支路相角差图；
[0060]
图5是微网按相角差选择转供路径时的节点频率波动图；
[0061]
图6是微网中各分布式电源按相角差选择转供路径时的有功功率波形图；
[0062]
图7是微网中各分布式电源按相角差选择转供路径时的无功功率波形图；
[0063]
图8是微网按相角差选择转供路径时拓扑变化前后各节点电压标幺值图
[0064]
图9是微网按电压差选择转供路径时的支路电压差图；
[0065]
图10是微网按电压差选择转供路径时的节点频率波动图；
[0066]
图11是微网按预估联络线功率选择转供路径时的联络线功率图；
[0067]
图12是微网按预估联络线功率选择转供路径时的节点频率波动图。
具体实施方式
[0068]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0069]
如图1-2所示，本发明设计了一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，实际应用当中，具体包括如下步骤：
[0070]
步骤a：通过各微电网内部分布式电源采集本地电压电流信息，经下垂控制得到电压参考值，并基于分布式一致性算法计算各微电网内部无功按容量均分和电压恢复所需的补偿量，然后进入步骤b；
[0071]
步骤b：计及拓扑切换过程中的冲击电流，明确各微电网功率可调范围，通过对转供路径两端电压相角差、预估联络线稳态传输功率的比较选择引起波动最小的转供路径，然后进入步骤c；
[0072]
步骤c：基于所选择的转供路径，通过分布式信息网络对频率恢复补偿量进行交互，实现在拓扑切换时保持有功功率的按容量均分，然后进入步骤d；
[0073]
步骤d：在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网。
[0074]
上述步骤a中，按如下步骤a01至步骤a04，计算得到电压的参考值e
iref
：
[0075]
步骤a01：按照以下控制方法：
[0076]
[0077]
计算得到分布式电源输出电压角频率参考值ωi和幅值参考值ei；其中，下标i表示第i台分布式电源；ωi和ei分别是分布式电源i输出电压的角频率参考值和电压幅值参考值；ω
*
和e
*
代表了微电网系统的额定角频率和电压幅值；pi和qi分别是通过采样的本地电压电流得到的分布式电源i输出的有功和无功功率；mi和ni分别是模仿发电机特性设置的有功和无功下垂系数。
[0078]
步骤a02：考虑到下垂控制的有差调节特性以及阻抗间的不平衡，基于分布式通信网络：
[0079][0080]
计算微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
；其中，k
qp
和k
qi
表示q-u无功电压调节环节的比例和积分控制增益，通过该环节产生的补偿量可使各分布式电源输出的无功按容量均分；a
ij
表示分节点之间的通信关系，a
ij
》0表示分布电源i和j可信息交互，否则a
ij
＝0；ni和nj分别是分布式电源i和分布式电源j的无功下垂系数，其值与容量成反比；qi和qj分别为分布式电源i和分布式电源j的无功输出；ni表示与第i台分布式电源相连的集合。
[0081]
步骤a03：基于动态一致性观测器：
[0082][0083]
计算将微电网内部全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
；其中，和分别是分布式电源i和分布式电源j处估计的全局平均电压；ei是分布式电源i输出的电压幅值；ηe是电压恢复增益系数；k
ei
是电压积分控制增益项；e
ref
是微电网系统设置的参考电压。
[0084]
步骤a04：将各微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
和将全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
相加，再加上下垂控制环节，分布式电源i输出电压的参考值可表示为：
[0085][0086]
上述步骤b中，按如下步骤b01至步骤b05，选择转供路径：
[0087]
步骤b01：对开关闭合时的等值电路进行零状态响应的求解，得到开关闭合时联络线上冲击电流为：
[0088][0089]
其中，为冲击电流的周期分量幅值，其中em为开关两侧等效电压幅值,r、l分别为开关所在传输线路的电阻和电感值；ω为该系统的角频率；α为开关两侧等效电压的相角；为开关闭和配电网网络的阻抗角；ta为联络线上冲击电流的衰减时间常数，且ta＝l/r。可见对冲击电流有较大影响的包括开关闭合两端的相角差、电压幅值差和稳态电流值。
[0090]
步骤b02：明确故障区域所需功率供给和可转供至的微电网功率可调范围：
[0091][0092]
若该微电网功率可调范围大于所需，才可转供；其中，δp
max
和δp
min
分别为集有功可调节范围的上下限，δq
max
和δq
min
分别为集无功可调节范围的上下限，p
imax
、p
imin
、q
imax
、q
imin
分别为分布式电源i有功、无功出力的最大值和最小值，pi和qi为分布式电源i当前时刻的有功、无功出力大小，m为相应的微电网中可控分布式电源的集合。同时，q
imax
和q
imin
取值与分布式电源当前的有功出力pi有关，受功率因数限制，表达式如下，其中θi表示功率因数角：
[0093]qimax
＝-q
imin
＝|pitanθi|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0094]
步骤b03：通过二阶广义积分器dsogi构成锁相环分别从联络线两侧微电网电压中提取其相角，然后得到微电网间可转供路径两端的相角差δθ，可避免谐波和不平衡分量等对相角提取的影响；同时通过快速傅里叶变换分别提取可转供路径两端的电压基波信息，从而得到微电网间可转供路径两端的电压差δe。
[0095]
步骤b04：联络线开关闭合后的稳态电流大小也会对开关闭合时的暂态波动产生影响，但联络线上将出现的电流大小难以知晓，因此通过预估该故障区域内各分布式电源加入不同微电网后的功率变化量来代替即将通过联络线传输的功率大小：
[0096][0097]
其中，δpi和δqi分别为该故障区域内各分布式电源加入不同可转供微电网后的有功、无功变化量；y和x分别为故障区域y和将转供微电网集x中分布式电源的集合，ci为与分布式电源i容量成反比的比例系数，pi和qi为分布电源i实时的有功和无功出力，ny和n
x
分别为故障区域y和将转供区域x分布式电源的数量。
[0098]
步骤b05：通过对三微电网构成的微网系统分别按照相角差、电压差、联络线稳态传输电流大小进行转供路径选择引起的暂态波动结果进行对比，可认为相角差对开关闭合时的暂态波动影响最大，联络线稳态传输电流大小次之，开关两侧的电压幅值差异的影响最小。因此，在微电网中突发故障后的转供选择步骤如下：
[0099]
首先，比较各可转供区域的功率可调范围是否满足故障区域内的功率需求，即δp
min
《p
need
《δp
max
且δq
min
《q
need
《δq
max
；
[0100]
其次，在满足功率需求的子区域之间比较不同联络线两端的相角差，选择相角差最小的联络线min(δθ)；
[0101]
之后，若存在联络线两端相角差相同的，再比较连接到不同子区域时故障区域内分布式电源出力的变化量，选择变化量最少的联络线min(δpi+δqi)；
[0102]
最后，若仍存在变化量相似的联络线，选择其中电压幅值差最小的联络线进行转供min(δe)。
[0103]
上述步骤c中，按如下步骤c01至步骤c02，实现拓扑切换时的有功均分：
[0104]
步骤c01：考虑到下垂控制的有差调节特性，微电网内部各分布式电源为恢复系统频率至标准值需对输出频率进行补偿：
[0105]
δωi＝k
ωp
(ω
ref-ωi)+k
ωi
∫(ω
ref-ωi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(9)
[0106]
其中，δωi为微电网内部各分布式电源通过本地信息形成的角频率恢复补偿量；k
ωp
和k
ωi
表示p-f有功频率调节环节的比例和积分控制增益，通过该环节产生的补偿量可使系统频率恢复至标准值；ωi是分布式电源i输出的角频率；ω
ref
是微电网系统设置的参考角频率。
[0107]
步骤c02：为保证拓扑切换过程中有功功率仍能保持均分，引入分布式一致性策略保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步，同时加上下垂控制环节，得到分布式电源i输出角频率的参考值ωrefi为：
[0108][0109]
其中，k
pi
表示保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步环节的积分控制增益；a
ij
表示分节点之间的通信关系；δωj则为与分布式电源i同属一个分布式通讯网络中的分布式电源j的本地角频率恢复补偿量，其计算如式(9)所示。
[0110]
上述步骤d中，按如下步骤d01，实现原转供区域的平滑并网：
[0111][0112]
在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网；其中，δω'i和δe'i是添加的预同步补偿项，以在开关动作前实现两侧相角、电压幅值的同步；δ
xy
表示连接转供区域x和微电网区域y的开关状态，δ
xy
＝1表示开关将要闭合，δ
xy
＝0表示开关仍维持打开状态；k
ui,xy
和k
ei,xy
分别为相应的积分控制器增益。u
qx
和u
qy
为开关两侧电压经过park变化后的q轴分量的差异，通过相同电压在开关两侧不同相角下产生的q轴分量差异表示相角差；e
x
和ey的差则表示了开关两侧电压幅值的差异。
[0113]
将上述所设计技术方案应用到实际当中，仿真系统如图3所示，三个微电网构成微网，其中存在八台分布式电源，八台分布式电源的额定有功无功容量相等，同时为了使故障场景下的转供路径选择更有对比性，在区域之间增加了多条联络线。根据本发明实施例的故障场景下微电网间开关切换选择的方法，并基于matlab/simulink平台搭建仿真微电网模型，验证本发明方法的控制效果。
[0114]
如图4至图12所示为本实施例中微电网控制的仿真结果。开始运行时，各分布式
电源运行于下垂控制模式。在电力系统中最常出现且影响最大的故障为单相接地故障，因此本节以a相短路故障为例验证所提转供路径选择策略的有效性。设置在支路2-5之间于t＝1.95s发生单相接地故障，继电保护装置的检测和动作时间约为0.05s，设置t＝2s时断开支路2-5，此时节点5的源荷存在三条转供路径：支路5-3、支路5-6和支路5-7，基于上节所述的转供路径策略选择闭合相应的联络线开关。其中，图4为按相角差选择转供路径时的支路相角差，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示相角差，单位：弧度。由图4可知，在1.95s故障发生之前节点5与节点7的相角差最小，但由于故障的发生，微电网1中的分布式电源产生短时间的较大冲击改变了实时的相角差，在2s转供时节点5与节点6的相角差最小，因此选择了支路5-6进行源荷的转供。图5为按相角差选择转供路径时的节点频率波动图，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示频率，单位：赫兹。由图5所示，此时转供路径两端节点引起的波动极小，为0.032赫兹。图6为按相角差选择转供路径时的有功功率波形，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示有功功率，单位：瓦。图7为按相角差选择转供路径时的无功功率波形，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示无功功率，单位：乏。由图6、图7可知，在t＝1.95s突发接地故障时微电网一内的分布式电源产生了较大的功率波动，在t＝2s转供开始后各分布式电源能很快且平滑的按新的区域划分实现相应的有功、无功功率分配。图8为按相角差选择转供路径时拓扑变化前后各节点电压标幺值，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示电压标幺值。由图8所示，各节点电压标幺值在拓扑改变前后均在0.95-1.05之间，均在电压质量允许的范围内运行。图9为按电压差选择转供路径时的支路电压差，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示电压差标幺值。由图9可知，在2s转供时节点5与节点7的电压差最小，因此选择了支路5-7进行源荷的转供。图10为按电压差选择转供路径时的节点频率波动图，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示频率，单位：赫兹。由图10所示，此时转供路径两端节点引起的波动极大，为0.115赫兹。图11为按预估联络线功率选择转供路径时的联络线功率，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示功率，单位：瓦。由图11可知，在2s转供时支路5-6上预估的联络线功率最小，因此选择了支路5-6进行源荷的转供。图12为按预估联络线功率选择转供路径时的节点频率波动图，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示频率，单位：赫兹。由图12所示，此时转供路径两端节点引起的波动略大于按相角差转供时的波动，为0.045赫兹。通过对三种影响因素的转供对比，可得出根据相角差选择的波动最小，比根据电压差选择的降低72.2％，比根据预估稳态功率选择的降低28.9％，所以可认为相角差对开关闭合时的暂态波动影响最大，联络线稳态传输电流大小次之，开关两侧的电压幅值差异的影响最小。
[0115]
本发明所提出的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，相较于优化层面的开关切换规划，考虑了开关切换中的冲击电流等暂态波动，提出来一种能够在微电网间快速选择转供路径的控制方法；本发明考虑到分散式的频率恢复和有功按容量均分环节因为拓扑变化时的动态调节会导致均分失败，引入分布式一致性策略保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步，实现在拓扑切换时保持有功功率的按容量均分。提高了微电网的协同控制性能，提高了供电可靠性。
[0116]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0117]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：

1.一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：a：通过各微电网内部分布式电源采集本地电压电流信息，经下垂控制得到电压参考值，并基于分布式一致性算法计算各微电网内部无功按容量均分的补偿量和电压恢复所需的补偿量；b：计及拓扑切换过程中的冲击电流，明确各微电网功率可调范围，通过对转供路径两端电压相角差、预估联络线稳态传输功率的比较选择引起波动最小的转供路径；c：基于所选择的转供路径，通过分布式信息网络对频率恢复补偿量进行交互，实现在拓扑切换时保持有功功率的按容量均分；d：在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网。2.根据权利要求1所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤a，按如下步骤a01至步骤a04，计算得到电压的参考值e
iref
：a01：按照以下控制方法：计算得到分布式电源输出电压角频率参考值ω
i
和幅值参考值e
i
；其中，下标i表示第i台分布式电源；ω
i
和e
i
分别是分布式电源i输出电压的角频率参考值和电压幅值参考值；ω
*
和e
*
代表了微电网系统的额定角频率和电压幅值；p
i
和q
i
分别是通过采样的本地电压电流得到的分布式电源i输出的有功和无功功率；m
i
和n
i
分别是模仿发电机特性设置的有功和无功下垂系数。a02：考虑到下垂控制的有差调节特性以及阻抗间的不平衡，基于分布式通信网络：计算微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
；其中，k
qp
和k
qi
表示q-u无功电压调节环节的比例和积分控制增益；a
ij
表示分节点之间的通信关系，a
ij
>0表示分布电源i和j可信息交互，否则a
ij
＝0；n
i
和n
j
分别是分布式电源i和分布式电源j的无功下垂系数，其值与容量成反比；q
i
和q
j
分别为分布式电源i和分布式电源j的无功输出；n
i
表示与第i台分布式电源相连的集合；a03：基于动态一致性观测器：计算将微电网内部全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
；其中，和分别是分布式电源i和分布式电源j处估计的全局平均电压；e
i
是分布式电源i输出的电压幅值；η
e
是电压恢复增益系数；k
ei
是电压积分控制增益项；e
ref
是微电网系统设置的参考电压；a04：将各微电网内部无功按容量均分所需的补偿量δe
qi
和将全局平均电压恢复到标准值所需的补偿量δe
vi
相加，再加上下垂控制环节，得到分布式电源i输出电压的参考值如下。
3.根据权利要求1所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤b中，按如下步骤b01至步骤b05，选择转供路径：b01：对开关闭合时的等值电路进行零状态响应的求解，得到开关闭合时联络线上冲击电流为：其中，为冲击电流的周期分量幅值，其中em为开关两侧等效电压幅值,r、l分别为开关所在传输线路的电阻和电感值；ω为该系统的角频率；α为开关两侧等效电压的相角；为开关闭和配电网网络的阻抗角；t
a
为联络线上冲击电流的衰减时间常数，且t
a
＝l/r；b02：明确故障区域所需功率供给和可转供至的微电网功率可调范围：若该微电网功率可调范围大于所需，才可转供；其中，δp
max
和δp
min
分别为集有功可调节范围的上下限，δq
max
和δq
min
分别为集无功可调节范围的上下限，p
imax
、p
imin
、q
imax
、q
imin
分别为分布式电源i有功、无功出力的最大值和最小值，p
i
和q
i
为分布式电源i当前时刻的有功、无功出力大小，m为相应的微电网中可控分布式电源的集合；b03：通过二阶广义积分器dsogi构成锁相环分别从联络线两侧微电网电压中提取其相角，然后得到微电网间可转供路径两端的相角差δθ；同时通过快速傅里叶变换分别提取可转供路径两端的电压基波信息，从而得到微电网间可转供路径两端的电压差δe；b04：联络线开关闭合后的稳态电流大小也会对开关闭合时的暂态波动产生影响，但联络线上将出现的电流大小难以知晓，因此通过预估该故障区域内各分布式电源加入不同微电网后的功率变化量来代替即将通过联络线传输的功率大小：其中，δp
i
和δq
i
分别为该故障区域内各分布式电源加入不同可转供微电网后的有功、无功变化量；y和x分别为故障区域y和将转供微电网集x中分布式电源的集合，c
i
为与分
布式电源i容量成反比的比例系数，p
i
和q
i
为分布电源i实时的有功和无功出力，n
y
和n
x
分别为故障区域y和将转供区域x分布式电源的数量；b05：通过对三微电网构成的微网系统分别按照相角差、电压差、联络线稳态传输电流大小进行转供路径选择引起的暂态波动结果进行对比，可认为相角差对开关闭合时的暂态波动影响最大，联络线稳态传输电流大小次之，开关两侧的电压幅值差异的影响最小；据此，在微电网中突发故障后选择转供路径。4.根据权利要求3所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤b02中，q
imax
和q
imin
取值与分布式电源当前的有功出力p
i
有关，受功率因数限制，表达式如下：其中θ
i
表示功率因数角。5.根据权利要求3所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤b05中，在微电网中突发故障后的转供路径选择步骤如下：首先，比较各可转供区域的功率可调范围是否满足故障区域内的功率需求，即δp
min
<p
need
<δp
max
且δq
min
<q
need
<δq
max
；其次，在满足功率需求的子区域之间比较不同联络线两端的相角差，选择相角差最小的联络线min(δθ)；之后，若存在联络线两端相角差相同的，再比较连接到不同子区域时故障区域内分布式电源出力的变化量，选择变化量最少的联络线min(δp
i
+δq
i
)；最后，若仍存在变化量相似的联络线，选择其中电压幅值差最小的联络线进行转供min(δe)。6.根据权利要求1所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤c中，按如下步骤c01至步骤c02，实现拓扑切换时的有功均分：c01：考虑到下垂控制的有差调节特性，微电网内部各分布式电源为恢复系统频率至标准值需对输出频率进行补偿：δω
i
＝k
ωp
(ω
ref-ω
i
)+k
ωi
∫(ω
ref-ω
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(9)其中，δω
i
为微电网内部各分布式电源通过本地信息形成的角频率恢复补偿量；k
ωp
和k
ωi
表示p-f有功频率调节环节的比例和积分控制增益；ω
i
是分布式电源i输出的角频率；ω
ref
是微电网系统设置的参考角频率；c02：为保证拓扑切换过程中有功功率仍能保持均分，引入分布式一致性策略保证各分布式电源有功输出下垂曲线趋于同步，同时加上下垂控制环节，得到分布式电源i输出角频率的参考值ωrefi为：7.根据权利要求1所述的一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，其特征在于；所述步骤d中，按如下步骤d01，实现原转供区域的平滑并网：
在故障恢复后，通过联络线两端微电网区域的电压相角预同步实现原转供区域的平滑并网；其中，δω'i和δe'i是添加的预同步补偿项，以在开关动作前实现两侧相角、电压幅值的同步；δ
xy
表示连接转供区域x和微电网区域y的开关状态，δ
xy
＝1表示开关将要闭合，δ
xy
＝0表示开关仍维持打开状态；k
ui,xy
和k
ei,xy
分别为相应的积分控制器增益；u
qx
和u
qy
为开关两侧电压经过park变化后的q轴分量的差异，通过相同电压在开关两侧不同相角下产生的q轴分量差异表示相角差；e
x
和e
y
的差则表示了开关两侧电压幅值的差异。

技术总结

本发明属于微电网运行控制技术领域，公开一种微电网供电恢复路径选择及协同控制的方法，通过各微电网内部分布式电源采集本地电压电流信息，经下垂控制得到电压参考值；计算各微电网内部无功按容量均分和电压恢复所需的补偿量；然后计及拓扑切换过程中的冲击电流，明确各微电网功率可调范围，对转供路径两端电压相角差、联络线稳态传输功率的比较选择引起波动最小转供路径；通过联络线两端微电网区域电压相角预同步实现原转供区域平滑并网。该方法能够实现微网间拓扑动态变化过程中的控制，保证微网供电电压幅值、频率和功率均分的实现，能够有效的选择合适的转供路径，降低拓扑切换过程中的暂态波动，提高了微电网供电的可靠性。电网供电的可靠性。电网供电的可靠性。