含多种分布式能源微电网小区间协调调度方法①

王德真

(许昌电气职业学院，河南 许昌 461000)

0 引 言

在分布式能源微电网的电力传输中，微电网的覆盖密度不断增大，需要进行分布式能源微电网的小区间电力供应的优化调度[1,2]。

近年来已有学者对分布式能源微电网调度做出了研究，并取得了一定成果。文献[3]提出微电网小区间的能量协作调度策略研究，建立调度优化模型,采用Lyapunov算法优化能量调度。文献[4]提出基于可靠性量化的微电网变时间尺度协调调度策略，设置安全性指标，将其作为判据构建调度模型，通过调节时间尺度完成微电网协调调度。文献[5]提出了一种新的用于直流微电网的集群协调功率控制框架，利用统一控制ICDCS来实现分布式能源微电网之间的自主灵活互联功率控制，保证集群内直流微电网的整体稳定运行。文献[6]设计了一种分布式能源调度中的多时间尺度模型预测控制方法，实验发现多时间尺度预测控制与单时间尺度预测控制相比，在分布式能源调度中耗时更短。

文中提出含多种分布式能源的微电网小区间协调调度方法，主要创新点为：

(1)建立分布式能源微电网小区间调度的信道拓扑结构，考虑分布式能源微电网的物理信息传输负载，在确保信息传输负载均衡的前提下进行调度，提高微电网整体协调调度能力。

(2)在充分分析含多种分布式能源微电网自身能量交换特征的基础上，自适应处理传输信息的转发特征量，确定分布式能源微电网的负载达到稳态，得到微电网小区间的频率、电压等关键参数，实现微电网小区间协调调度，解决分布式能源调度协调性差的问题，提高调度效率。

(3)在进行多种分布式能源微电网小区间协调调度过程中，所设计的方法可以有效提高调度速度，并保证调度效率。

1 分布式能源微电网小区间调度的能量交换控制

1.1 含多种分布式能源微电网的混合拓扑结构模型构建

为实现含多种分布式能源微电网小区间协调调度，需要首先构建分布式能源微电网小区间调度的信道拓扑结构。对多种分布式能源微电网中分布式能源微电网进行虚拟同步控制，建立分布式能源微电网小区间的物理信息自适应均衡调度模型[5]，得到调度过程的统计特征分布为：

z(i,d)=xr1+F(xr2-xr3)

(1)

其中，F为分布式电源渗透率，xr1、xr2及xr3分别为小区第1、2、3次转移的能量。采用直流型分布式电源融合的方法，建立分布式能源微电网小区间调的输出扩频模型为：

u(i,d)=Pdiz(i,d)

(2)

其中，i为调度统计量，d为输出扩频统计量，Pdi为扩频特征量，以xr1作为基向量，{xr2,xr3}作为分布式能源微电网的物理信息传输负载，基于交直流混合微电网控制的方法，进行分布式能源微电网调度和模糊聚类处理，根据直流微电网之间的能量交换特征性，建立多种分布式能源微电网传输网络模型[6]，得到分布式能源电网小区间调度的信道拓扑结构如图1所示。

图1 分布式能源电网小区间调度的信道拓扑结构

采用归一化的双向下垂控制方法，进行分布式能源电网的物理信息采样和自适应调度，建立分布式能源电网的负载均衡控制模型，采用单帧数据传输控制方法[7]，得到多种分布式能源微电网中分布式能源微电网传输的信道衰减与扩频特征量的关系为：

(3)

其中，Kv(z)微电网传输的信道衰减量，N为调度总次数。采用自相关匹配滤波检测方法提取多种分布式能源微电网中分布式能源微电网的关联规则特征量，对提取的特征信息进行网格聚类处理，分析多种分布式能源微电网的电力信息传输的多径特性，构建交直流混合微电网控制器，构建含多种分布式能源微电网的混合拓扑结构模型为：

(4)

其中，dn为混合拓扑传输因子，t为拓扑信道接收序列。根据混合拓扑结构模型完成协调调度的能量交换控制。

1.2 分布式能源微电网协调调度能量自适应控制模型

在建立含多种分布式能源微电网的混合拓扑结构模型的基础上，提取含有多种分布式能源微电网的能源谱信息特征量，基于有功功率变化特征分析方法进行分布式能源微电网的能量交换控制，采用分集判决反馈均衡器实现多种分布式能源微电网传输信息的自适应学习，得到分布式能源微电网传输的自适应训练权重为ω=((ω1,a1),(ω2,a2),...,(ωn,an))T,ωj∈[0,1]，求得多台接口变换器输出的物理信息的统计序列为：

(5)

其中，si(n)为微电网数据流序列，对交流微电网频率和直流微电网电压进行归一化处理[8]，分布式能源微电网的数据流样本S=X1,X2,…,Xk,…，对变换器中流过的功率特征样本数据进行属性归并，得到属性集i∈Ss，根据微电网交流频率的动态响应，得到分布式能源微电网的模糊聚类函数满足：

(6)

对于混合微电网接口变换器的输出统计序列进行模糊聚类处理[9]，假设统计特征集中含有n个样本，其中样本xi，i=1,2,…,n在多种分布式能源微电网小区间调度的带宽为：

(7)

式中，amn称为直流电容流向接口变换器的功率包络幅值，gmn(t)为数据统计平均值，n(t)为干扰项，在多种分布式能源微电网环境中，交流侧电压方程为：

(8)

其中，bv为交流侧电压。根据上述分析，建立含多种分布式能源微电网小区间协调调度的能量自适应控制模型为：

(9)

其中，yi(t)为微电网储能装置中的能源信息，nm(t)为传输比特率。根据该模型实现小区间的能量交换控制。

2 能源微电网小区间协调调度优化

2.1 能源微电网的能量特征分析

在上述建立含多种分布式能源微电网的混合拓扑结构模型，并基于有功功率变化特征分析方法完成分布式能源微电网的能量交换控制的基础上，进行多种分布式能源微电网小区间协调调度。所提出多种分布式能源微电网小区间协调调度方法,根据交流微电网频率和直流微电网电压等参量进行协调调度，得到变换器交流侧电压特征量为：

(10)

采用直流电容充放电功率调节的方法，进行分布式能源微电网的同步电机接入，得到电能传输的统计序列为{xn}Nn=1，直接控制交流频率特征矢量：

xn=(xn,xn-τ,…,xn-(m-1)τ)

(11)

直流微电网流向直流电容的特征量为：

DS={(x0，t0)，(x1，t1)，…，(xi，ti)，…}

(12)

通过整个电网的转动惯量特征分析，得到分布式能源微电网的模糊贴合度函数为：

O(p)=xnbv(t)

(13)

k(x)=DS-O(p)

(14)

综上分析，进行能源微电网的能量特征分析，采用多分簇均衡控制的方法，进行直流微电网电压参数估计和能量特征分析。

2.2 微电网的小区协调调度

对含多种分布式能源微电网来说，物理信息自适应均衡调度集的最大量化特征分布集满足yi(t)+1,=nm(t)+1和i,i:=di,i,假设τm(θ)≤min{x(i,d),z(i,d),u(i,d)}，多种分布式能源微电网传输信息的自适应转发特征量为：

sm(t)=cos{2π0[t+τm(θ)]}

(15)

其中，τm(θ)为分布式能源微电网的关联特征的协方差，采用交流频率和直流电压惯性联合调节的方法，进行微电网的小区协调调度，微电网中分布式能源微电网小区调度的控制结构模型描述为：

(16)

{x(i,d),z(i,d),u(i,d)}分别为交流频率和直流电压自适应补偿系数，表示为{xi,zi,ui}的第d维分量，利用容量优化估计方法，得到分布式能源微电网的负载为：

(17)

当系统达到稳态时，交流频率的测量值的计算公式为：

(18)

(19)

求得混合微电网系统的负荷，采用虚拟同步电机控制的方法，得到系统关键参数A和M分别为：

A=(2-1,2-2,…,2-n,2-n+1)

(20)

M=(1,0,…,0)p

(21)

(22)

图2 微电网小区间协调调度的时延

图3 微电网的调度效时间与小区间距离的关系对比图

3 仿真实验与结果分析

为验证所提方法在含多种分布式能源微电网小区间协调调度中的应用性能[10]，设计仿真实验，选用MATLAB仿真软件为实验平台，设定分布式能源微电网的励磁调节系数为0.24，虚拟电势为120V，负荷增量为1000kW，分布式能源微电网的参数设置结果见表1。

表1 分布式能源微电网的参数估计结果

根据上述参数设置，进行多种分布式能源微电网小区间协调调度，得到调度时延结果如图2所示。

分析图2得知，采用所提方法进行微电网小区间协调调度，随着通带截止频率的降低及采样率的升高，微电网小区间协调调度的时延逐渐降低，表明微电网小区间协调调度的稳定性较好。

测试文献[3]、文献[4]方法及所提方法的调度速度，调度速度越快，调度协调性越好。得到对比结果如图3所示。

分析图3得知，采用文献[3]方法的总调度时间为130s，采用文献[4]方法的总调度时间为120s，而采用所提方法的总调度时间为55s。在传输距离为1000mm的微电网区间内，三种方法调度速度分别为7.69mm/s、8.33mm/s、18.18mm/s.。对比结果表明，采用所提方法进行多种分布式能源微电网小区间协调调度的调度速度较快，调度协调性较好，同时该方法的调度效率较高。

4 结 语

微电网的覆盖密度不断增大，导致电力能源分配不均衡，因此提出含多种分布式能源微电网小区间协调调度方法。为验证方法的有效性，设计了仿真实验。实验采用所提方法进行微电网小区间协调调度的调度时延较低，说明方法协调调度的稳定性较好。采用文献[3]、文献[4]方法作为对比，测试三种方法的调度速度，所提方法的调度速度最快，表明该方法的调度效率高，调度协调性较好。

微电网能够与传统电网相连接，实现联合供能，优化微电网电能调度，可有效满足用户的弹性需求，减少电力系统负载压力。未来将以电力系统负载压力为研究方向，进一步完善含多种分布式能源微电网小区间协调调度方法。