基于一致性协议的多微网源荷控制策略.pdf

44ElectricalAutomationDCOIPowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期基于一致性协议的多微网源荷控制策略田敏，林凌雪，管霖（华南理工大学电力学院，广东广州510640)摘要：为消除多微网系统下垂控制有差调节产生的频率与电压偏差，提高系统的稳定性，提出基于多智能体系统的伪二跳一致性分层协调控制策略。通过MATLAB/Simulink搭建多微网仿真模型进行算例分析。结果表明，所提分层协调控制策略能快速消除系统频率与电压偏差，在指标偏差与控制速度方面均优于传统控制策略关键词：多微网系统；一致性协议；分层控制；多智能体；分布式电源D0I:10.3969/j.issn.1000-3886.2023.04.014中图分类号TM721文献标志码A文章编号10 0 0-38 8 6（2 0 2 3)0 4-0 0 44-0 4Source-load Control Strategy of Multi-microgrid Based on Consensus ProtoTian Min,Lin Lingxue,Guan Lin(School of Electric Power Engineering,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510640,China)Abstract:In order to eliminate the frequency and voltage deviation caused by the differential regulation of the droop control of the multi-microgrid system and improve the stability of the system,a pseudo-two-hop consistent hierarchical coordinated control strategy basedon the multi-agent system was proposed.A multi-microgrid simulation model was built through MATLAB/Simulink for exampleanalysis.The results show that the proposed hierarchical coordinated control strategy can quickly eliminate the system frequency andvoltage deviation,and is superior to the traditional control strategy in terms of index deviation and control speed.Keywords:multi-microgrid system;consensus protocol;hierarchical control;multi-agent;distributed power supply0引言微网是由各类分布式电源（distributedgenerator,DG）、储能装置和用电负荷等设备组成的小型发配电系统，可以在并网模式与孤岛模式间切换工作，具备一定可调度性。单个微电网对新能源消纳能力与应对其波动的能力还不足，在大容量负荷投切或新能源功率突变时可能会产生崩溃解列。将邻近单微网聚合起来形成多微网系统，可以有效提高系统稳定性与可靠性。同时，在配电网发生故障时，还能统筹控制DG出力，为重要负荷提供供电恢复服务，保障配电网非故障区域的供电2 多微网系统作为DG与大电网的中间层，不仅需要确保在并网和离网状态下多微网系统的正常运行，还需要协调解决系统内各微网与分布式电源间的一致性问题，来确保多微网系统的稳定运行。目前主要通过一致性算法来解决多微网系统运行控制中的协调问题。文献3基于一致性算法，将DG下垂控制后频率与电压补偿值作为状态量相邻通信，解决了下垂控制有差调节产生的偏差,实现了系统频率与电压精准控制。文献4-7 基于一致性协议，控制微网收敛至各自控制目标，同时完成了降低系统运行成本的目标。上述文献在研究多微网控制过程中，没有考虑到多微网系统负荷恢复的控制策略，同时所用一致性算法多采用相邻节点的信息进行计算，收敛速度较慢，无法满足实际需要本文针对孤岛情况下多微网的负荷恢复与各子微网的协调控制问题，采用伪二跳一致性算法进行多微网的负荷恢复策略研究，提出了基于多智能体系统的分层协调控制方法，加快了系统定稿日期：2 0 2 2-0 5-2 6基金项目：国自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（517 6 114510 6）；南方电网公司科技项目（GDKJXM20200463）控制响应速度，最后通过仿真验证所提控制策略的有效性。1多智能体协调控制一致性问题1.1一致性基础理论多智能体系统（multi-agent system，M A S）由具有自主性和反应性的智能体组成。采用图G表示MAS中智能体间的通信拓扑，加权邻接矩阵A=（a）n x n 表示智能体间通信关系，拉普拉斯矩阵L=（l）n n。元素定义如下：aii=jj=(1)-ai式中：为节点i与j之间的通信关系。当节点i与j之间没有通信通道或i=j时，aj=0,否则a0。当相邻节点间交换状态信息时，节点i将自己邻接点的瞬时状态也传输给了邻接点j，相当于在原始拓扑图中添加了模拟的“二跳”路径作为附加边，定义二跳拓扑图G,其节点与图G相同，其通信关系为图G通信关系与各节点“二跳通信”的合集。设A=（i）n x n，L分别为二跳通信拓扑G的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵，其元素定义如下：ij(2)j=1i=jni=diagil-A(3)式中：i为节点i与l之间的通信关系；aiv,为节点i与j、节点j与之间的通信关系。Electrical Automation45PowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期1.2一致性算法模型本文采用离散伪二跳一致性算法8，通过相邻通信利用非邻接节点的信息进行节点状态更新，加快了收敛速度。送代格式如下：x(k+1)=x,(k)-8Eagix(k)-x(h)+JENZa,x(h-1)-,(h)1(4)y:(k)二a,(h-1)jeNi式中：x（k）x（k）为节点i、节点i在第时刻的状态变量；x（+1）x（-1）为节点i在第k+1、第k-1时刻的状态变量；yi（k）为节点i的状态派生量;ava为节点i与节点j与l之间的通信关系；8 为采样间隔；为调节参数。2负荷重要性指标本文选取了负荷敏感程度、负荷规模、负荷损坏程度、负荷经济损失与联带负荷影响五个方面来综合进行负荷重要性计算，步骤如下。（1）专家根据打分参考标准，对n个负荷的5项指标进行打分，将指标对系统影响的严重程度与可能性划分为4个等级，并确定各等级的打分范围9，如表1所示。（2）采用熵权法，根据各项指标分值计算指标权重，得到负荷综合评价值，进而选取最优待恢复负荷F。3多微网源荷控制策略3.1多微网分层控制结构本文研究了多微网系统运行中各子微网间协调控制与源荷平衡控制方法，提出基于一致性协议的多微网源荷控制策略，分为上下两层结构，通信结构如图1所示。图1中：箭头表示信息传递的方向；Prer、Q r e r、Ff r e 与f.为传递的信息。3.2上层控制设计以子微网控制器（microgrid controller，M C）作为智能体，解决负荷恢复过程中子微网间的功率分配问题。主要内容如下。（1）M C通过相邻通信，选取多微网最优待恢复负荷F。（2）M C根据子微网内GC（g e n e r a t o r c o n t r o l l e r）与LC（l o a dcontroller）状态信息计算功率备用容量。将有功备用容量Presi（t）作为状态变量，基于伪二跳一致性计算各子微网的有功备用容量平均值，最终Presi（k）最终收敛为PaveoPrer(h+1)=Peri(k)-Zag Prei(h)-Preg(h)+jeE;Za/P(h-1)-P,(h)1l(5)Pl:(h)=ajPreg(h-1)/EE式中：E，为MC的集合；Presi（k）、Pr e s（k）为第k时刻子微网i子表1指标打分标准值严重/可能程度分值非常85100比较7085一般35 70极小035GCGCPrefPrefQmPrefQrerMCMCMCMCFFGCPrefPrerLCLCOrefQrerFFMCMC(a)上层控制通信frerMCrefGCGCGCGCGC（b）下层控制通信图1通信结构图微网j的有功备用容量;Pres（h+1）、Pr e s i（k-1）为第k+1、第k-1时刻子微网i的有功备用容量；Pi（k）为节点i的有功功率派生量；aiva为子微网i与子微网j与l之间的通信关系；8 为采样间隔；为调节参数。同理可得Q多微网总的功率备用容量Saxett为：S=n(Pave+Qave)(6)ave,totaveave式中：Pave、Q a e 为计算所得有功与无功备用容量平均值。（3）多微网系统恢复量为S,，判断Save,tot与S,大小关系：若Sae,olS,则需重新确定所要恢复负荷量;否则计算各子微网实际承担功率，完成功率分配3.3下层控制层以微网内微源控制器GC作为智能体，MC给定领导GC基准频率frer与基准电压urer,GC基于相邻通信，维持微网稳定。主要内容如下。（1）各GC采用下垂控制方式，通过调节电源出力，控制系统稳定。（2）领导GC保持基准频率frer不变，其余CC以各微源实际频率f（k)为状态变量,基于伪二跳一致性计算，使得微源参考频率不断向基准频率靠拢，进而调节实际频率达成一致。Ar(h)=f(h+1)-f(k)=-eZaagif.(k)-f(h)+jeM;Zan L.(hk-1)-fg(k)1(7)LEM2.(k)=Zaf;(k-1)jeM;式中：M,为GC的集合;f（k）（k)为第k时刻微源i和微源j的实际频率;f（k+1）f（h-1)为第k+1、第k-1时刻微源i实际频率；Af.（k）为微源i的参考频率补偿量;f2（k）为微源i的频率补偿派生量；iva,为微源i与j微源j与l之间的通信关系；为采样间隔；为调节参数。46ElectricalAutomation下转第50 页）PowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期fi(k+1)=fi(k)+Af(k)(8)式中：f（k+1）V（k)为第k+1、第k时刻微源i的参考频率。同理，以微源实际电压u（k）为状态变量不断修正参考电压，进而调节至与实际电压达成一致。4复算例分析为验证本文所采用多微网负荷恢复控制策略的有效性，通过MATLAB/Simulink建立多微网仿真模型，设定多微网系统为配电网节点10、11和12 与大电网断开后所形成，仿真模型如图2 所示。49121052110kV873116（a）配电网模型子微网1N12DG8DGLDIDG2LD2LD3N10子微网2PCC大电网N11子微网3DG3LD4DG4LDSDG7LD6DG9DG10DGS5LD7DG6LD8LD9（b）多微网模型图2多微网仿真模型微网侧电压为10 kV，频率为50 Hz；微电源7 为光伏电池，采用PQ控制，微电源1 6 均为可控电源，采用下垂控制；待恢复负荷优先性设定为LD3LD6LD9，以DG8、D G 9、D G 1O 处GC作为领导GC。本文采用分层协调控制策略控制，算例通过对比多微网系统采用下垂控制、传统一致性算法协调控制与基于伪二跳一致性算法协调控制后的仿真结果来判断控制策略的效果仿真过程如下：0 0.3s，多微网系统带动负载达到稳定运行;t=0.3s，光伏电池DG7出力下降;t=1.0s，启动负荷恢复，逐步恢复负荷LD3、LD 6 与LD9。（1）采用下垂控制的系统频率电压变化情况如图3所示。t=0.3s时子微网2 中光伏电池出力下降；t=1s、t=1.8 s 和t=2.5s时微网负荷接入；稳定后各微网频率、电压下降，与额定值偏差量进一步增大。（2）采用基于一致性算法的协调控制系统频率电压变化情况如图4、图5所示。t=0.3s时子微网2 中光伏电池出力下降，使得微网2 频率与电压发生波动，稳定后频率与电压波动后回到额定值;t=1s时启动负荷恢复，负荷LD3接人，一致性控制对负荷恢复中的频率电压进行二次调节。图4中t=1.6s时达到稳定，图5中t=1.24s时达到稳定;t=1.8s时负荷LD6接入，一致性调节后，图4中t=2.18s时达到稳定，图5中t=1.96s时达到稳定;t=2.5s时负荷LD9接人，一致性控制后，图4中t=2.81s时达到稳定，图5中t=2.6s时达到稳定，频率电压均回到额定值。50.4微网1-微网2微网350.2ZH/f50.049.800.51.01.52.02.53.03.5t/s1.004微网1微网2微网31.001(cnd)/n0.9980.9951.52.02.53.0100.51.03.5t/s图3下垂控制各微网频率电压曲线50.4微网1-微网2微网350.2ZH/f50.049.800.51.01.52.02.53.03.5t/s1.004微网1微网2微网3-1.001(nd)/n0.9980.99510.51.52.02.53.0101.03.5t/s图4传统一致性控制各微网频率电压曲线50.4微网1-微网2微网350.2ZH/50.0MV49.800.51.01.52.0 2.53.03.5t/s1.004微网1微网2微网31.001(cnd)/n0.9980.995100.51.01.52.02.53.03.5t/s图5伪二跳一致性控制各微网频率电压曲线50ElectricalAutomation00400004004004004004004004004000000004000PowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期性能评价体系903000350040004500-500055006000设备采集电能/kWh本文设计OFDM系统-Wallace树结构图6评价结果准确率曲线2 采用的OFDM系统准确率为96.2%；文献3设计的Wallace树结构准确率为93.7%。从整体变化曲线来看，本文设计优于其他两种方案。4结束语本文对用电信息采集设备的整体性能评价进行研究，通过设计核容装置评价结构将采集设备性能数据规纳为评价信息流，然后利用主空间分析的方法完成评价指标的建立。对评价结果进行分析，利用BF5R反馈线路完成不同设备性能之间的调剂，利用直流解耦改进算法对评价的设备记录电能进行计费，为用户和电商之间搭建支付渠道，并维持电能创造和用户消耗之间的平衡。通过仿真对比分析，表明本文设计方案具有明显优势。但是在试验过程中仍存在问题，对于损坏程度较大的采集设备无法完成调剂，采集设备串联导致评价结果出现偏差等问题仍待解决参考文献：【1马浩，贺朝会，王立斌，等基于用电信息采集大数据的公变负载（上接第46 页）由图3图5可知：采用基于伪二跳一致性算法的分层协调控制策略，可以消除系统负荷恢复过程引起的频率与电压偏差，提高了系统的稳定性；同时与基于传统离散性算法的协调控制相比，大大加快了收敛速度，减少了系统反应时间，5结束语本文针对多微网系统在负荷恢复过程中的功率分配以及负荷变化和风光电源出力波动所导致的频率、电压偏差问题，基于多智能体系统与一致性理论，提出了多微网分层协调控制策略。因为考虑到了微网控制中的负荷恢复问题，所以更加贴近微网工程实际情况。同时采用伪二跳一致性算法，大大加快了系统收敛速度，更快地消除了频率和电压偏差，因此实用价值较高，具有良好的推广前景未来将结合微网中分布式电源的发电成本与需求侧响应等因素，研究控制目标更加多元化的多微网控制策略参考文献：【1】支娜，肖曦，田培根，等微网群控制技术研究现状与展望J电力自动化设备，2 0 16，36（4）：10 7-115.2RESENDE F O,GIL N J,PECJA,et al.Service restoration ondistribution systems using multi-microgrids J.European Transactions状态评估J电测与仪表，2 0 2 0，57（14）：7-8.【2 孙莉，周博曦，徐家恒。用电信息采集系统培训设备选型J国网技术学院学报，2 0 19，2 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