一种减小微电网馈线损耗的虚拟同步发电机功率分配方法

本发明属于微电网系统负荷功率分配领域，尤其涉及一种减小微电网馈线损耗的改进虚拟同步发电机功率分配方法。

背景技术：

1、对于微电网，其稳定运行完全依赖于合理的功率管理策略，因此对微电网的功率管理策略进行深入的研究十分有必要。目前对于微电网的功率管理策略大多采用集中式控制、分散式控制以及分布式控制方法。集中式控制对单点故障敏感，对通信的要求也较高，依赖于微电网中心控制器(mgcc)，当mgcc故障后，整个系统将面临瘫痪的风险，对系统可靠运行带来极大威胁。分散式控制虽然能减少对通信网络和mgcc的依赖，但是分散控制存在单个微电源无法获得其他微电源信息的问题，难以协调全局信息，影响整体控制目标。而分布式控制基于相邻微电源间的信息交换来实现系统控制目标，解决了上述两种控制存在的缺陷。然而由于微电网中存在线路阻抗所引起的馈线损耗，而线路损耗对电网的传输效率起着至关重要的作用。此外，在长距离配电线路的情况下，馈线损耗要严重得多，可达5％-8％。在这种情况下，需要考虑减小线路损耗来提高系统传输效率。而现有的功率管理策略未考虑微电网中的馈线损耗问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种减小微电网馈线损耗的虚拟同步发电机功率分配方法，该方法基于微电网中现有的虚拟同步发电机vsg，利用虚拟同步发电机灵活可控的优势来复用潮流控制器的功能，控制微电网馈线潮流的流动，实现负荷就近分配，降低馈线损耗和系统频率波动，提高系统经济性与频率稳定性。

2、本发明采取的技术方案为：

3、一种减小微电网馈线损耗的虚拟同步发电机功率分配方法，包括以下步骤：

4、步骤1：建立虚拟同步发电机的有功频率数学模型；

5、步骤2：确定微电网系统中公共负荷，设定虚拟同步发电机vsg控制方法下的额定值pfln；

6、步骤3：基于多智能体一致性算法，实现微电网功率优化分配。

7、所述步骤1中，建立虚拟同步发电机的有功频率数学模型，方法如下：

8、通过测量虚拟同步发电机vsg所在馈线连接点处的电压u和馈线上的电流iline，并计算出馈线上的有功潮流值pfl，并反馈回控制器来控制虚拟同步发电机vsg的输出功率，在该控制模式下，得到改进型虚拟同步发电机的有功频率数学模型如下所示。

9、f＝fn-kf(pfl-pfln)  (1)；

10、式(1)中：f和fn分别表示微电网系统的实际频率和额定频率；pfln表示vsg所在馈线处有功潮流额定值；kf表示改进型虚拟同步发电机控制模式下的有功频率下垂系数。

11、所述步骤2中，给出微电网系统中公共负荷的确定原则，如下所示：

12、

13、式(2)中：ppub表示公共负荷；ppubl表示连接在公共母线上的负荷；pdgi,max表示第i个vsg的最大输出功率；pi,l表示第i个虚拟同步发电机vsg的本地负荷；n表示本地负荷的个数。

14、式(2)表示当第i个虚拟同步发电机vsg最大输出功率pdgi,max无法满足本地负荷需求时，缺额的功率将自动转变为公共负荷，由其它具备剩余有功可调量的虚拟同步发电机vsg来共同分担。

15、所述步骤2中，设定改进型虚拟同步发电机vsg控制方法下的额定值pfln，具体方法如下：

16、1)当第i个虚拟同步发电机vsg最大输出功率无法满足本地负荷时，则将馈线潮流的额定值设定为pdgi,max-pi,l，即虚拟同步发电机vsg保持最大功率输出，缺额的功率由其它具有剩余有功可调量的虚拟同步发电机vsg共同分担；

17、2)当第i个虚拟同步发电机vsg最大输出功率能满足本地负荷时，则虚拟同步发电机vsg按照“优先供应本地负荷，多余功率送出”的原则运行，此时能够将带本地负荷的虚拟同步发电机vsg等效为一个新的虚拟同步发电机vsg，新的虚拟同步发电机vsg的可用有功容量为pdg,max-pl；则馈线潮流的额定值能够设定为根据新的虚拟同步发电机vsg的有功可调量来分担系统中的公共负荷。

18、基于以上方法，则每个新的虚拟同步发电机vsg所在馈线潮流的额定值按如下表达式进行设定：

19、

20、式(3)中：pdgi,fln表示第i个vsg所在馈线潮流的额定值；pdgi,adj表示第i个vsg的剩余有功可调量；ptotal,adj表示所有vsg的剩余有功可调量的总和。

21、所述步骤3包括以下步骤：

22、s3.1：选取微电网系统中某一台虚拟同步发电机vsg作为主智能体；

23、s3.2：定义参数βi表示第i个vsg所在馈线对负荷变化的响应量与其剩余有功可调量的比值；如下式所示；

24、βi＝△pdgi,fl/pdgi,adj  (4)；

25、式(4)中：△pdgi,fl表示第i个dg所在馈线对负荷变化的响应量。

26、s3.3：选取各vsg的参数βi为状态变量，采用多智能体一致性算法使各vsg的参数βi一致，其中多智能体一致性算法的控制律如下所示；

27、

28、式(5)中：ui(t)表示一致性算法的控制输入；aij表示调整率；表示多智能体一致性算法的控制律；βi(t)表示第i个dg所在馈线对负荷变化的响应量与其剩余有功可调量的比值；βj(t)表示第j个dg所在馈线对负荷变化的响应量与其剩余有功可调量的比值；ni表示智能体i的邻域集合；j表示第j个智能体。

29、s3.4：选取各个vsg剩余有功可调量pdgi,adj为状态变量，使用多智能体一致性算法对ptotal,adj进行估算，其中控制律如下所示:

30、

31、式(6)中：表示第i个vsg剩余有功可调量的控制律；pdgi,adj(t)表示第i个vsg剩余有功可调量；pdgj,adj(t)表示第j个vsg剩余有功可调量。

32、根据式(6)，各vsg的剩余有功可调量pdgi,adj最终会收敛到一致，如下所示：

33、pdg1,adj＝pdg2,adj＝…＝pdgn,adj＝pave,adj  (7)；

34、式(7)中：pdg1,adj表示第1个vsg剩余有功可调量，pdg2,adj表示第2个vsg剩余有功可调量，pdgn,adj表示第n个vsg剩余有功可调量，pave,adj表示所有vsg的剩余有功可调量的平均值。

35、因此根据式(7)能够得到总有功可调量，如下所示。

36、ptotal,adj＝n·pave,adj  (8)。

37、本发明一种减小微电网馈线损耗的虚拟同步发电机功率分配方法，技术效果如下：

38、1)本发明所提出的控制方法使得各vsg能优先供给本地负荷，馈线上不足的负荷功率自动转换为公共负荷，由系统中其它具有剩余有功可用容量的vsg按容量来分担，有效降低了系统馈线损耗。

39、2))并网运行时，本发明所提控制方法使得微电网与大电网间交换的潮流恒定，减小了微电网内负荷波动对大电网的影响；孤岛运行时，每个vsg只负责调节本条馈线上的潮流，只要vsg的输出功率不超过其最大值，就能维持本条馈线上潮流恒定，系统频率维持在额定值。