计及可再生燃料电池的分布式微电网两级控制方法及系统与流程

本发明属于微电网控制，涉及的是一种结合一体化可再生燃料电池(urfc)的分布式微电网两级控制方法及系统。

背景技术：

1、随着直流可再生能源、储能系统的渗透率显著提高以及现代直流负载的高渗透率，直流微电网变得更加流行和可靠。直流微电网在当前的应用中发挥着重要的作用，并得到了广泛的发展。由于电网扩展的高成本，孤岛直流微电网在一些偏远地区非常重要。对于一个孤岛系统，储能系统应该具有足够的容量以在相当长的时间内保持较小的损耗。urfc是一种集成度较高的储氢系统。对于urfc，仅使用单个可逆电池堆来交替地从电能产生氢和根据需要从储存的氢再生电能。因此，urfc系统的重量更轻，物理尺寸更小。

2、现有技术中，urfc通过接口变流器及本地控制策略接入微电网，以确保微电网安全和稳定工作。经济调度问题也是孤岛微电网需要考虑的重要问题。孤岛微电网由不同发电成本和容量的分布式发电单元组成。传统的按容量分配电力的方法没有考虑发电成本。现有技术中的整体的合作控制方法，从通信依赖的角度来看，可以分为分散式、集中式和分布式。直流母线信号控制是一种分散控制方法，基于母线电压变化协调不同发电单元的运行。它不需要通信，但有一个固定的电压偏差。基于瞬时成本函数的集中式等效氢耗控制方法的控制目标是使总当量氢耗最小。这种类型的集中式控制实现了经济优化，但它也需要整个系统的通信协议的统一。此外，这种系统的可靠性低，因为其正确操作取决于一个中心控制器。一致性算法是一种常见的分布式稀疏通信算法，它能显著降低通信开销，提高通信可靠性。增量成本(ic)共识算法基于不同发电机组的增量成本相等的原则，从而最小化孤岛微电网的总发电成本。目前，urfc系统已在集中式能量管理直流微电网中进行了应用，而尚未在分布式能量管理中的应用，而且urfc系统时间响应慢，在要求动态调节速度高、短时间内启停频繁的微电网中，很难单独应用。此外，在真实的微电网系统中，每个dg(distributed generation，分布式发电)都有其发电极限。因此，所有dg都应在其容量限制范围内进行调度。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种计及可再生燃料电池的分布式微电网两级控制方法及系统，对结合urfc应用的光储直流微电网进行两级控制，实现微电网的经济稳定运行。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明提出了一种计及可再生燃料电池的分布式微电网两级控制方法，微电网包括多个分布式发电单元，包括：

4、采集各分布式发电单元输出的有功功率和对应的约束条件，以微电网总发电成本最小为优化目标，在各分布式发电单元满足容量约束条件下，建立各分布式发电单元的增量成本模型；

5、基于图论，建立微电网的通信网络模型；基于微电网的通信网络模型和各分布式发电单元的增量成本模型，建立微电网的增量成本共识模型；

6、在分布式发电单元并网点满足电压恢复约束条件下，基于微电网的增量成本共识模型，对各分布式发电单元的增量成本模型进行更新；在各分布式发电单元满足容量约束条件下，基于更新后的各分布式发电单元的增量成本模型，对微电网的通信网络模型进行更新；

7、基于更新后的各分布式发电单元的增量成本模型和微电网的通信网络模型，对分布式微电网进行控制。

8、优选地，采集各分布式发电单元输出的有功功率和对应的约束条件，以微电网的总发电成本最小为优化目标，在各分布式发电单元满足容量约束条件下，建立分布式发电单元的增量成本共识模型，包括：

9、采集各分布式发电单元输出的有功功率，构建各分布式发电单元的成本模型；

10、基于各分布式发电单元的成本模型，建立微电网总发电成本最小的优化目标模型；

11、在各分布式发电单元满足容量约束条件下，采用拉格朗日乘子法对优化目标模型进行迭代求解，以得到的拉格朗日乘子解作为各分布式发电单元的增量成本模型，并且各分布式发电单元的增量成本模型相等。

12、优选地，各分布式发电单元的成本模型满足如下关系式：

13、

14、式中，pi为第i个分布式发电单元输出的有功功率，ci(pi)为第i个分布式发电单元输出的有功功率对应的成本，αi、βi、γi均为第i个分布式发电单元对应的成本系数，满足αi＞0、βi≥0、γi≥0，pimin、pimax分别为第i个分布式发电单元输出的有功功率的下限和上限；

15、微电网总发电成本最小的优化目标模型满足如下关系式：

16、

17、式中，ccost表示微电网总发电成本，n为分布式发电单元的数量，pload为微电网的负载功率。

18、优选地，基于图论，建立微电网的通信网络模型；基于微电网的通信网络模型和各分布式发电单元的增量成本模型，建立微电网的增量成本共识模型，包括：

19、基于图论，建立微电网的通信网络模型，满足如下关系式：

20、

21、式中，为微电网的通信网络模型，aij表示第i分布式发电单元与第j分布式发电单元通信的状态量，n为分布式发电单元的数量；

22、基于微电网的通信网络模型和各分布式发电单元的增量成本模型，建立微电网的增量成本共识模型，满足如下关系式：

23、

24、式中，λ＝[λ1,λ2,…,λn]t为拉格朗日乘子集合，λ[k]为第k次迭代更新时的拉格朗日乘子集合，i为标准单位矩阵，ε为收敛系数，p为构造矩阵，满足

25、优选地，在分布式发电单元并网点满足电压恢复约束条件下，基于微电网的增量成本共识模型，对各分布式发电单元的增量成本模型进行更新；在各分布式发电单元满足容量约束条件下，基于更新后的各分布式发电单元的增量成本模型，对微电网的通信网络模型进行更新，包括：

26、以距离直流母线最近的分布式发电单元的并网点为领导节点v，以其他分布式发电单元的并网点为普通节点u；u,v＝1,2,3,…n且u≠v；

27、基于微电网的增量成本共识模型，对普通节点u对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新；

28、普通节点u对应的分布式发电单元的增量成本模型迭代更新后，在领导节点的电压恢复约束条件下，对领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新；

29、普通节点和领导节点对应的分布式发电单元的增量成本模型均更新后，当各分布式发电单元满足容量约束条件时，各分布式发电单元采用相同的通信传输协议；

30、当普通节点对应的分布式发电单元不满足容量约束条件时，将该普通节点移出微电网的通信网络；

31、当领导节点对应的分布式发电单元不满足容量约束条件时，从普通节点中选择距离直流母线最近的分布式发电单元的并网点作为新的领导节点，原来的领导节点作为普通节点，将原来的领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型作为普通节点对应的分布式发电单元的增量成本模型，在新的领导节点的电压恢复约束条件下，对新的领导节点v′对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新。

32、优选地，领导节点对应的分布式发电单元与直流母线的电压信号采集通信端进行通信，建立领导节点的电压恢复约束条件。

33、优选地，以如下关系式对普通节点u对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新：

34、

35、式中，λu[k+1]为第k+1次迭代时第u个分布式发电单元的拉格朗日乘子解，即普通节点u对应的分布式发电单元在第k+1次迭代时的增量成本模型；λj[k]为第k次迭代时第j个分布式发电单元的拉格朗日乘子解，即普通节点或领导节点对应的分布式发电单元在第k+1次迭代时的增量成本模型；puj是构造矩阵中第u行第j列的元素；

36、通过调整ε的取值时，使得puj满足如下关系式：

37、

38、式中，luj为微电网的通信网络模型中的第u行第j列的元素。

39、优选地，以如下关系式对领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新：

40、

41、式中，λv[k+1]为第k+1次迭代时第v个分布式发电单元的拉格朗日乘子解，即领导节点v对应的分布式发电单元在第k+1次迭代时的增量成本模型；λj[k]为第k次迭代时第j个分布式发电单元的拉格朗日乘子解，即普通节点或领导节点对应的分布式发电单元在第k+1次迭代时的增量成本模型；pvj是构造矩阵中第v行第j列的元素；kf是惩罚系数，用于控制收敛速度；vbus[k]为第k次迭代更新时的直流母线电压，vref为直流母线额定电压，vbus[k]-vref是领导节点的电压恢复约束条件，用于作为领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型的惩罚因子。

42、优选地，当不满足容量约束条件的分布式发电单元对应的普通节点u被移出微电网的通信网络时，其相邻的两个普通节点u-1和u+1进行通信，普通节点u-1对应的分布式放电单元向普通节点u+1对应的分布式放电单元发送信息。

43、本发明还提出了一种计及可再生燃料电池的分布式微电网两级控制系统，包括：

44、模型建立模块，模型更新模块，控制模块；

45、模型建立模块，用于采集各分布式发电单元输出的有功功率和对应的约束条件，以微电网总发电成本最小为优化目标，在各分布式发电单元满足容量约束条件下，建立各分布式发电单元的增量成本模型；基于图论，建立微电网的通信网络模型；基于微电网的通信网络模型和各分布式发电单元的增量成本模型，建立微电网的增量成本共识模型；

46、模型更新模块，用于在分布式发电单元并网点满足电压恢复约束条件下，基于微电网的增量成本共识模型，对各分布式发电单元的增量成本模型进行更新；在各分布式发电单元满足容量约束条件下，基于更新后的各分布式发电单元的增量成本模型，对微电网的通信网络模型进行更新；

47、控制模块，用于基于更新后的各分布式发电单元的增量成本模型和微电网的通信网络模型，对分布式微电网进行控制。

48、优选地，模型建立模块包括：分布式发电单元模型建立单元；

49、分布式发电单元模型建立单元，用于采集各分布式发电单元输出的有功功率，构建各分布式发电单元的成本模型；基于各分布式发电单元的成本模型，建立微电网总发电成本最小的优化目标模型；在各分布式发电单元满足容量约束条件下，采用拉格朗日乘子法对优化目标模型进行迭代求解，以得到的拉格朗日乘子解作为各分布式发电单元的增量成本模型，并且各分布式发电单元的增量成本模型相等。

50、优选地，模型建立模块还包括：微电网模型建立单元；

51、微电网模型建立单元，用于基于图论，建立微电网的通信网络模型；基于微电网的通信网络模型和各分布式发电单元的增量成本模型，建立微电网的增量成本共识模型。

52、优选地，模型更新模块包括：节点划分单元，模型更新单元，通信网络更新单元，

53、节点划分单元，用于以距离直流母线最近的分布式发电单元的并网点为领导节点v，以其他分布式发电单元的并网点为普通节点u；u,v＝1,2,3,…n且u≠v；

54、模型更新单元，用于基于微电网的增量成本共识模型，对普通节点u对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新；普通节点u对应的分布式发电单元的增量成本模型迭代更新后，在领导节点的电压恢复约束条件下，对领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新；

55、通信网络更新单元，用于普通节点和领导节点对应的分布式发电单元的增量成本模型均更新后，当各分布式发电单元满足容量约束条件时，各分布式发电单元采用相同的通信传输协议；当普通节点对应的分布式发电单元不满足容量约束条件时，将该普通节点移出微电网的通信网络；当领导节点对应的分布式发电单元不满足容量约束条件时，从普通节点中选择距离直流母线最近的分布式发电单元的并网点作为新的领导节点，原来的领导节点作为普通节点，将原来的领导节点v对应的分布式发电单元的增量成本模型作为普通节点对应的分布式发电单元的增量成本模型，在新的领导节点的电压恢复约束条件下，对新的领导节点v′对应的分布式发电单元的增量成本模型进行迭代更新。

56、一种终端，包括处理器及存储介质；存储介质用于存储指令；处理器用于根据所述指令进行操作以执行方法的步骤。

57、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现方法的步骤。

58、本发明的有益效果在于，与现有技术相比至少包括，本发明提出的方法适用于分布式发电单元与电池储能相结合的微电网，计及短时和长时的混合储能工作特性，基于成本函数获得微电网的总成本经济函数，在执行调度控制时计及容量约束和并网点电压恢复约束，通过对分布式微电网的两级控制实现孤岛直流微电网的经济稳定运行。

59、针对直流母线电压存在偏移问题，允许直流母线最近的节点与母线采集通信端进行通信，再令该节点成为一个领导节点，承担高质量电压恢复任务，将电压差额信息用作拉格朗日乘子法中的惩罚项，从而实现动态共识。针对发电单元容量约束问题，对通信传输协议进行设计，当用于实现电压恢复的节点将在达到容量约束后将功能转移到其他电源；而普通节点将直接等价从通信网络中删除。实验结果表明，孤岛直流微电网可以在发电单元到达容量约束情况下依然能保持高质量电压恢复的经济稳定运行。