分布式电力单元二级控制方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及供电系统技术领域，具体是涉及一种分布式电力单元二级控制方法、装置及存储介质。

背景技术

近年来，新能源产业不断发展和壮大，这些新能源根据地理环境和社会需求而灵活的安置在不同的场合，以便于更好的适应不同需求。这些新能源构成了一个分散的供电系统，也就是分布式发电(Distributed Generation，DG)系统。微电网作为目前分布式发电的有效载体，融合了各类分布式能源、保护监控装置和负荷单元形成的低压发配电系统，既可与外网并联运行互为支撑，也可孤岛运行，在大电网故障时能够有效保证局部供电可靠性。微电网中的各类分布式电源和储能装置的规模差异性大，若不采取一种能够随时可调控的控制策略，孤岛微电网很难与外部电网并网运行。微电网的稳定运行和系统设备的正常运转都离不开频率的稳定，因此，给出有效的方法抑制因源荷不确定性导致的频率恶化是十分有必要的。

分布式发电控制架构可分为两层，其中：第一层称为一次控制，负责有功和无功功率在各单元之间的分配，为了提高系统的可靠性和可扩展性，避免利用通信，要求一次控制采用本地控制方式，能够仅利用本地电压和频率信息自动、快速实现分配功率，为此，该层通常采取下垂控制，具有下垂特性，但这将会引起电压和频率偏离额定值；第二层称为二级控制，其基本功能需要补偿一次控制引起的电压和频率偏差，使系统运行于额定状态，提高供电质量，与一次控制相比，二次控制响应速度较慢。但是，当微网中负荷发生突变从而引起系统频率变化时，初级下垂控制可以利用利用频率变化的信息实现功率的分配，然而初级下垂控制不能将系统频率恢复到额定值，因此需要二级控制来消除由于下垂控制所引起的频率偏差。

发明内容

本发明解决的现有技术问题是如何消除下垂控制所引起的频率偏差。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式电力单元二级控制方法，应用于分布式电力系统，包括:

在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；当前分布式电力单元为需要而进行二级频率控制的分布式电力单元；

获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；

基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；

基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号平衡分布式电力单元频率。

上述方案中，在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元，包括：

在当前分布式电力单元的系统拓扑内，查找到与当前分布式电力单元物理连接的至少一个邻近分布式电力单元。

上述方案中，获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律，包括：

获取当前分布式电力单元的额定角频率、额定有功功率、实际有功功率和有功下垂系数；

将额定有功功率减去实际有功功率，乘以有功下垂系数，加上额定角频率计算得到角频率。

上述方案中，基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律，包括：

通过公式(1)计算得到滑模面s

其中，s

通过公式(2)计算得到趋近律u

u

其中，α为当前分布式电力单元的控制器增益，α＞0。

上述方案中，基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号平衡分布式电力单元频率，包括：

通过公式(3)计算得到当前分布式电力单元的控制器值

其中，u

通过对控制器值进行积分得到当前分布式电力单元的二级控制信号；

将二级控制信号与当前分布式电力单元的一级控制信号叠加，平衡了分布式电力单元频率。

本发明实施例还提供了一种分布式电力单元二级控制装置，包括:

第一处理单元，用于在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；当前分布式电力单元为需要而进行二级频率控制的分布式电力单元；

数据获取单元，用于获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；

第二处理单元，用于基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；

平衡单元，用于基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号平衡分布式电力单元频率。

本发明实施例还提供了一种分布式电力单元二级控制装置，包括：相互耦接的处理器和存储器；

存储器用于存储实现如上的分布式电力单元二级控制方法的程序指令，处理器用于执行存储器存储的程序指令。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序文件，程序文件能够被执行以实现如上的分布式电力单元二级控制方法

本发明通过在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号可以平衡分布式电力单元的下垂控制引起的频率偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明分布式电力单元二级控制方法的流程示意图一；

图2是本发明分布式电力单元二级控制方法的效果示意图

图3是本发明分布式电力单元二级控制方法的流程示意图二；

图4是本发明分布式电力单元二级控制装置的结构示意图；

图5是本发明分布式电力单元二级控制装置一实施例的框架示意图；

图6是本发明计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本发明实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，是本发明分布式电力单元二级控制方法流程示意图一。将结合步骤进行说明。

S01，在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元。

本发明实施例中，多个分布式电力单元之间不规则的通过预先建立的通信连接起来。每两个或者每三个分布式电力单元相互连接。确定其中一个分布式电力单元为当前分布式电力单元。当前分布式电力单元的服务器在当前分布式电力单元的系统拓扑中确定一个或者多个连接的分布式电力单元为至少一个邻近分布式电力单元。

本发明实施例中，当前分布式电力单元的服务器可以为当前分布式电力单元对应的逆变器的电脑终端。

本发明实施例中，结合图2，当前分布式电力单元200预先和第一分布式电力单元202、第二分布式电力单元203建立通信线路201。其中，第一分布式电力单元202和第二分布式电力单元203为邻近分布式电力单元。

本发明实施例中，通信线路可以为：安全文件传送协议网络线路(Secure FileTransfer Protocol，SFTP)。

S02，获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律。

本发明实施例中，当前分布式电力单元的额定角频率是固定的，可以预先获取，逆变器的电脑终端通过额定角频率可以计算获取当前分布式电力单元的角频率。至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律可以通过本发明实施例中的方案同时计算获取得到。

本发明实施例中，分布式电力单元对应的类型可以包括：风电单元(包括风电+储能合并成的一个分布式单元)、光伏单元(包括光伏+储能合并成的一个分布式单元)、同步发电机单元、电能产消者单元(发电机+负荷合并成的一个分布式单元)、储能单元、电动汽车单元、可控负荷单元。

S03，基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律。

本发明实施例中，电脑终端可以通过公式(1)计算得到滑模面s

其中，s

本发明实施例中，通过将当前分布式电力单元的趋近律减去每一个邻近分布式电力单元的趋近律，再乘以当前分布式电力单元与每个邻近分布式电力单元的权重系数之后相加，再讲当前分布式电力单元的角频率减去额定角频率乘以当前分布式电力单元的控制器增益，可以计算得到当前分布式电力单元的滑模面。

本发明实施例中，电脑终端再通过公式(2)计算得到趋近律u

u

其中，α为当前分布式电力单元的控制器增益，α＞0。

本发明实施例中，电脑终端计算获取当前分布式电力单元的滑模面与当前分布式电力单元的控制器增益相乘之后的负值，得到当前分布式电力单元趋近律u

本发明实施例中，电脑终端是基于滑模控制理论中的滑模面和趋近律来获取二级控制信号。滑模控制的设计包括：滑模面的设计，趋近律和切换控制的设计。滑模面设计的关键点在于首先确定滑模面(即期望的平衡状态)，滑模面为平衡点，也是滑模控制作用后系统期望的运行点。而趋近律则是驱使系统运行点在有限时间内到达平衡点的控制规律。最后，切换控制则是使系统达到切换面以后能够保持在上面运动并具有良好的动态性能。通过设计合适的切换控制，可以使系统能够在期望滑模面上运动，而不脱离吸引，从而保证系统运行的鲁棒性。滑模面，趋近律和切换控制的合理设计是滑模控制有效的关键。

从公式(1)中可以看出，滑模面的主要由两部分确定，首先是当前分布式发电单元角频率与额定角频率的差值，其次，是当前分布式发电单元与邻近的分布式发电单元的趋近律的差值。只有在该两部分都为零亦即达到同步的情况下，滑模面才能为0，此时，微网系统运行在期望的平衡点即频率为工频50Hz处。

S04，基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号平衡分布式电力单元频率。

本发明实施例中，电脑终端通过公式(3)计算得到当前分布式电力单元的控制器值

其中，u

电脑终端通过对控制器值进行积分得到当前分布式电力单元的二级控制信号；

电脑终端将二级控制信号与当前分布式电力单元的一级控制信号叠加，平衡了分布式电力单元下垂控制所引起的频率误差。

本发明通过在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号可以平衡分布式电力单元的下垂控制引起的频率偏差。

在一些实施例中，参见图3，图3为本发明实施例提供的分布式电力单元二级控制方法的一个可选的流程示意图，图1示出的S01-S02还可以通过S05至S07实现，将结合各步骤进行说明。

S05，在当前分布式电力单元的系统拓扑内，查找到与当前分布式电力单元物理连接的至少一个邻近分布式电力单元。

本发明实施例中，电脑终端可以在当前分布式电力单元的系统拓扑中，查找到当前分布式电力单元连接的至少一个1邻近分布式电力单元。物理连接可以为电力连接或者通信连接。

S06，获取当前分布式电力单元的额定角频率、额定有功功率、实际有功功率和有功下垂系数。

本发明实施例中，当前分布式电力单元的额定角频率、额定有功功率、实际有功功率和有功下垂系数可以预先在1一级下垂控制中获取。

S07，将额定有功功率减去实际有功功率，乘以有功下垂系数，加上额定角频率计算得到角频率。

本发明实施例中，电脑终端可以通过公式(4)计算得到当前分布式电力单元的角频率ω。

ω＝ω

其中，ω为当前分布式电力单元的角频率，ω

请参阅图4是本发明分布式电力单元二级控制装置的结构示意图。

本发明提供的一种分布式电力单元二级控制装置，包括:第一处理单元1、数据获取单元2、第二处理单元3和平衡单元4。

第一处理单元1，用于在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；当前分布式电力单元为需要而进行二级频率控制的分布式电力单元；

数据获取单元2，用于获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；

第二处理单元3，用于基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；

平衡单元，用于基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号平衡分布式电力单元频率。

第一处理单元1用于在当前分布式电力单元的系统拓扑内，查找到与当前分布式电力单元物理连接的至少一个邻近分布式电力单元。

数据获取单元2用于获取当前分布式电力单元的额定角频率、额定有功功率、实际有功功率和有功下垂系数；将额定有功功率减去实际有功功率，乘以有功下垂系数，加上额定角频率计算得到角频率。

第二处理单元3用于，通过公式(1)计算得到滑模面s

其中，s

第二处理单元3通过公式(2)计算得到趋近律u

u

其中，α为当前分布式电力单元的控制器增益，α＞0。

平衡单元4用于通过公式(3)计算得到当前分布式电力单元的控制器值

其中，u

通过对控制器值进行积分得到当前分布式电力单元的二级控制信号；

将二级控制信号与当前分布式电力单元的一级控制信号叠加，平衡了分布式电力单元频率。

本发明通过第一处理单元在当前分布式电力单元的系统拓扑内确定当前分布式电力单元的至少一个邻近分布式电力单元；通过数据获取单元获取当前分布式电力单元的角频率和额定角频率，获取至少一个邻近分布式电力单元的邻近趋近律；通过第二处理单元基于角频率、额定角频率和邻近趋近律，计算得到当前分布式电路单元的控制器的滑模面和趋近律；通过平衡单元基于滑模面和趋近律计算得到，当前分布式电力单元的二级控制信号，并通过二级控制信号可以平衡分布式电力单元的下垂控制引起的频率偏差。

请参阅图5，图5是本发明分布式电力单元二级控制装置一实施例的框架示意图。分布式电力单元二级控制装置80包括相互耦接的处理器81和存储器82，处理器81用于执行存储器82存储的程序指令以实现上述任一方法实施例中的步骤或者上述任一方法实施例中定位方法对应执行的步骤。

具体而言，处理器81用于控制其自身以及存储器82以实现上述任一定位方法实施例中的步骤。处理器81还可以称为CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)。处理器81可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器81还可以是通用处理器81、数字信号处理器81(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器81可以由多个集成电路芯片共同实现。

参阅图6，图6是本发明计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。

计算机可读存储介质60包括计算机可读存储介质60上存储的计算机程序601，计算机程序601被上述处理器执行时实现上述任一方法实施例中的步骤或者上述方法实施例中定位设备对应执行的步骤。

具体地，集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取计算机可读存储介质60中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质60中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质60包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。