一种分布式能源系统的源端突发事件应急协同控制方法

本发明属于新能源并网调度控制，涉及一种分布式能源系统的源端突发事件应急协同控制方法。

背景技术：

1、伴随着能源转型的迫切需求与可再生能源发电技术快速发展迎来的机遇，分布式发电(dg，distributed generation)因其发电方式灵活、高效、可持续等优点正逐步成为当前电力领域的研究热点，大力发展分布式发电技术正成为我国电力系统未来发展的必然趋势。分布式发电一般是指将容量相对较小的独立发电单元(如光伏电板、风力发电机、燃气轮机等)分散布置在用户侧，从而使得电力生产更加分散化和灵活化。分布式能源系统是指由多个小型能源生成和存储设备组成的系统，这些设备分散布置在各个地点，而不是集中在一个地点。这些设备可以是太阳能电池板、风力发电机、生物质发电设备、小型水力发电机等。这种系统的目标是提高能源的可靠性、可持续性和效率。

2、微电网、主动配电网等分布式能源系统通常利用先进的通信、控制和智能化技术，使分布式能源能够更加灵活地管理能源流动和调度能源，分布式能源(distributedenergy resources，der)系统更多强调其涉网运行效果，目标多集中于宏观的优化调度方面，当分布式能源系统因故障等因素导致内部的分布式发电单元非计划丢失或内部负荷发生突变，将导致系统实际发电量与计划发电量产生严重偏差，导致的功率不平衡大扰动将注入到大电网，引起网侧频率动态变化并影响整个电网的稳定运行。因此，分布式能源系统突发事件后的功率快速自平衡是本领域的重要技术课题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种分布式能源系统的源端突发事件应急协同控制方法，以应对因故障等因素导致的分布式能源系统内部分布式能源或负荷被非计划切除等突发事件，避免其导致的计划功率失配和分布式能源系统输出功率不平衡问题。

2、本发明提供了一种分布式能源系统的源端突发事件应急协同控制方法，控制分布式能源系统的总实际输出功率以跟踪其总输出功率参考值率；分布式能源系统总实际输出功率由协调控制中心二次和三次控制调节的分配参考功率和分布式能源(der)单元主控制调节的暂态补偿功率组成，在频率演化过程中，利用der一次响应速度满足功率输出快速调节的要求，并借助其下垂控制der单元之间公平地共享有功功率。

3、进一步优选，将在分布式能源系统公共连接点处(poc)因突发事件引起的总不匹配功率δpto通过协调控制中心被各der单元共享，并采用pi控制器来重置发送到der单元的参考频率实现，如下所示：

4、

5、δωs＝kpsδpto+∫kisδpto            (2)

6、ω*＝ωn+δωs                            (3)

7、其中为分布式能源系统的总输出功率参考值，pto为分布式能源系统实际总输出功率，ωn为der单元的初始参考频率，ωi*为经协同控制调节后各der单元的实际频率参考值，kps和kis为pi控制器积分与比例参数，δpto为分布式能源系统的总不匹配功率，δωs为各der单元的参考频率更新值；

8、通过将分布式能源系统实际总功率pto与功率计划值的差值送入pi控制器，参考频率更新值δωs作为每个der单元的参考频率调整值，以此启动各der单元下垂控制以进一步实现der单元输出功率的调节。

9、进一步优选，增加了频率限制器；传输到第i个der单元的参考频率更新值δωs,i由δωs经过第i个限幅器得到，第i个der单元的参考频率更新值δωs,i范围计算如下:

10、

11、式中，δωmin,i为第i个der单元的最小参考频率更新值，δωmax,i为第i个der单元的最大参考频率更新值，pm,i为第i个der单元的功率限制，pi为第i个der单元的实际输出功率，i∈1,2,…,n；n为der单元数量，为第i个der单元的输出功率参考值，kd,i·δωs为第i个der单元所提供的下垂补偿功率，kd,i为第i个der单元的下垂系数。

12、进一步优选，应用抗饱和限制器；使用反向计算增益kf将δωs与所有δωs,i的极大值maxδωs,i之间的差反馈给pi控制器，如下所示：

13、δωs＝kpsδpto+∫[kisδpto-kf(δωs-maxδωs,i)]    (7)

14、

15、式中，maxδωs,i为针对不同der单元进行限幅后，所有der单元能够接收到的参考频率更新值δωs,i当中的极大值，i∈1,2,…,n；n为der单元数量；

16、当反计算回路被激活时，参考频率更新值δωs将在对应der单元的最大值δωmax,i处饱和，总不匹配功率δpto将恒定；协同控制的输出δωs的动态可以表示为式(9)：

17、

18、式中，s表示拉氏变换下的复空间变量，两个输入分量的极点都在-kf处。只要kf大于零，δωs的值就能够稳定在kiδpto/kf+δωmax,i，而不会继续增加。

19、进一步优选，使控制强制der单元输出功率表跟踪其三次控制后更新的功率参考值三次控制后der单元理想的实时输出功率pd,i为其参考值与下垂功率kd,iδωs,i之和，如式(10)所示，而在经过限幅后的功率饱和期间，der单元实际的实时输出功率pt,i与理想值pd,i并不匹配，如式(11)所示，利用pt,i与pd,i之间的不匹配δps,i，表示为式(12)，并将各der单元中所有的不匹配输入到增益为kb的反向计算中，使δωs,i逐渐回到零，pt,i跟踪到δωs,i的动态过程如式(13)所示；

20、

21、

22、δps,i＝pd,i-pt,i          (12)

23、

24、其中，pd,i和pt,i分别为第i个der单元在限幅前后的参考功率和下垂功率之和，pm,i为第i个der单元功率限制；表示参考频率更新值δωs从协调控制中心到der单元的延迟，表示系统实际功率输出pto采集到协调控制中心的延迟。

25、进一步优选，控制运行状态分为三种状况：

26、#1:功率限制器和频率限制器均未激活，即∑δps,i＝0和δωs＝maxδωs,i，式(13)等同于式(7)；

27、#2:只有功率限制器被激活，即∑δps,i≠0和δωs＝maxδωs,i，则式(13)变为式(15):

28、

29、δωs＝x+δptokps       (15)

30、式中，为上述状态方程的状态变量，x为状态变量的积分。

31、该情况下为正，而δpto≤0，状态变量将为负数，因此δωs将在反馈作用下减小，进一步导致kd,iδωs减小；该过程将持续到满足此时功率限幅器不再发挥作用，协同控制退出饱和，整个控制状态变为#1；

32、#3:功率限幅器和频率限幅器同时启动，即∑δps,i≠0且δωs≠maxδωs,i，则式(14)变为式(16):

33、

34、其中，由于频率限幅器饱和，kd,iδωs为固定值，故反算系数kb首先将使得式(13)中的δωs减小，直到δωs＝maxδωs,i，频率限幅器退出饱和，整个控制进入状态#2。

35、进一步优选，考虑到协调控制中心的信号输入延迟和信号输出延迟der单元基本控制方案为构网型单元gfm-der与跟网型单元gfl-der两种控制方案，协调控制中心协同控制输出到der机组发电的闭环模型由两条正向路径组成，一条是协同控制与gfm-der相互作用的正向路径，另一条是与gfl-der相互作用的正向路径。

36、对于gfm-der单元，有三个极点，即两个在零点处，一个在处，一个在处为零，mi和di分别为第i个构网型der单元的惯量系数和阻尼系数，相位从-180°开始，增益的初始斜率为-40db/decade；将处的零点置于处的另一极点之前，这两点之间设置交叉频率应满足:

37、

38、其中hi为der单元的线路响应增益。

39、对于gfl-der单元，穿越频率ωgfl,i仅需满足:

40、

41、在饱和运行过程中，在复位时引入了额外的交互动态，如式(19)所示：

42、

43、τf,i和τb,i分别为协调控制中心的控制信号传输延迟时间常数和der单元功率信号的反馈传输延迟时间常数。

44、针对因故障等因素导致的分布式能源系统内部分布式能源或负荷被非计划切除等事件，为避免此类突发事件所导致的分布式能源系统等效实发电量与发电计划的偏差，以及所导致的功率不平衡大扰动对外部大电网的不利影响；本发明以内部事件后快速追踪分布式能源系统计划功率为目的设计了协同控制的功率追踪控制模块，同时考虑der单元容量限制，为避免控制饱和后控制误差的持续累积，设计了协同控制的抗饱和控制模块和复位控制模块，基于考虑分布式能源系统内部跟网型与构网型der单元的协同控制闭环小信号模型，及其开环传递函数的对数频域分析提出了协同控制的参数设计设计方案。

45、本发明实现了突发事件后对分布式能源系统计划功率的快速追踪，较好地解决了其内部突发动态事件引起的计划功率失配和功率不平衡问题。