孤岛模式下互联微电网的自适应同步频率控制

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2019.10.011

摘要/Abstract

摘要： 文章在负荷频率控制（load frequency control，LFC）相关技术基础上，针对孤岛模式下互联微电网（micro-grids，MG）组成的电力系统，提出新的广义动态LFC模型、鲁棒分散式LFC控制策略。首先，描述单区域、多区域控制系统的LFC机制，将经典的LFC方法应用于运行场景多变、孤岛模式下互联MG组成的电力系统中。然后，针对孤岛模式下互联MG组成的电力系统，提出一种基于一致性协同控制策略的LFC算法，该算法通过控制调速器-涡轮的输入及管理储能系统（energy storage systems，ESS）向MG中注入或吸收的功率量，实现孤岛MG的自适应同步频率控制。其次，阐明饱和约束下的ESS可以有效地减轻小惯性和小阻尼在MG中引起的不稳定现象。最后通过搭建孤岛模式下6个互联MG组成的电力系统仿真模型验证该算法的正确性与有效性，所得到的控制器能够使干扰的影响最小化并保持鲁棒的性能。

关键词: 自适应同步, 微电网（MG）, 频率, 负荷频率控制（LFC）, 储能系统（ESS）

Abstract: On the basis of load frequency control （LFC） related technology， a new generalized dynamic LFC model and a robust decentralized LFC control strategy are proposed in this paper for the power system composed of interconnected micro-grids （MGs） in island mode. Firstly， the LFC mechanisms of a single area and multi-area control system are described， and the classical LFC scheme is applied to power system with changeable scene and interconnected MGs in island mode. Secondly， for a power system with six interconnected MGs in island mode， a kind of coordinated control strategy is proposed on the basis of consistency of LFC algorithm， where by controlling the turbine governor input and managing the amount of energy that energy storage systems （ESS） have to absorb/inject from/into MGs， a new adaptive synchronization frequency control method for islanding MGs is proposed. Then， it is illustrated that ESS under saturation constraint can reduce the instability caused by small inertia and small damping in MGs. Finally， the correctness and effectiveness of the proposed algorithm are verified by the simulation results with the power system including six interconnected MGs， which shows that the proposed controller can minimize the impact of interference and maintain robust performance of the interconnected MGs in island mode.

Key words: adaptive synchronization, micro-grids （MG）, frequency, load frequency control （LFC）, energy storage systems （ESS）

中图分类号:

TM 721

钟永洁，翟苏巍，孙永辉. 孤岛模式下互联微电网的自适应同步频率控制[J]. 电力建设, 2019, 40(10): 75-83.

ZHONG Yongjie，ZHAI Suwei，SUN Yonghui. Adaptive Synchronization Frequency Control for Interconnected Micro-grids in Island Mode[J]. Electric Power Construction, 2019, 40(10): 75-83.

参考文献

［1］ PATEL R， LI C J， YU X H， et al. Optimal automatic generation control of an interconnected power system under network constraints［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2018， 65（9）: 7220-7228.
［2］赖清平，吴志力，崔凯，等. 微电网规划设计关键技术分析与展望［J］. 电力建设， 2018， 39（2）: 18-29.
LAI Qingping， WU Zhili， CUI Kai， et al. Key technology analysis and prospect of microgrid planning and design［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（2）: 18-29.
［3］TASNIN W， SAIKIA L C. Performance comparison of several energy storage devices in deregulated AGC of a multi area system incorporating geothermal power plant［J］. IET Renewable Power Generation， 2018， 12（7）: 761-772.
［4］霍现旭，吴盼，黄鑫，等. 基于自适应参数虚拟同步机的微电网稳定控制［J］. 电力建设， 2019， 40（2）: 79-86.
HUO Xianxu， WU Pan， HUANG Xin， et al. Research on stability control of microgrid applying virtual synchronous generator with adaptive parameters［J］. Electric Power Construction， 2019， 40（2）: 79-86.
［5］SHABANI H， VAHIDI B， EBRAHIMPOUR M. A robust PID controller based on imperialist competitive algorithm for load-frequency control of power systems［J］. ISA Transactions， 2013， 52（1）: 88-95.
［6］李欣然，黄际元，陈远扬，等. 基于灵敏度分析的储能电池参与二次调频控制策略［J］. 电工技术学报， 2017， 32（12）: 224-233.
LI Xinran， HUANG Jiyuan， CHEN Yuanyang， et al. Battery energy storage control strategy in secondary frequency regulation considering its action moment and depth［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2017， 32（12）: 224-233.
［7］姚亮，陈峦，郑彬，等. 风-火互补发电系统区域频率控制的策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2016， 44（11）: 46-52.
YAO Liang， CHEN Luan， ZHENG Bin， et al. Research on area frequency control strategy of wind-fire hybrid power generation system［J］. Power System Protection and Control， 2016， 44（11）: 46-52.
［8］谢敏，柯少佳，吉祥，等. 考虑风光互补特性的微电网动态经济优化调度［J］. 智慧电力， 2017， 45（8）: 9-14， 20.
XIE Min， KE Shaojia， JI Xiang， et al. Microgrid dynamic economic dispatch considering wind-solar complementary characteristics［J］. Smart Power， 2017， 45（8）: 9-14， 20.
［9］谢平平，李银红，刘晓娟，等. 基于社会学习自适应细菌觅食算法的互联电网AGC最优PI/PID控制器设计［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（20）: 5440-5448， 5720.
XIE Pingping， LI Yinhong， LIU Xiaojuan， et al. Optimal PI/PID controller design of AGC based on social learning adaptive Bacteria foraging algorithm for interconnected power grids［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（20）: 5440-5448， 5720.
［10］李峰，余为杰，张周胜. 含风电的多域互联电力系统负荷频率控制方法［J］. 水电能源科学， 2018， 36（1）: 195-199.
LI Feng， YU Weijie， ZHANG Zhousheng. Load frequency control for multi-area power system with wind power generation［J］. Water Resources and Power， 2018， 36（1）: 195-199.
［11］张伟. 基于神经网络自适应逆系统的电力系统负荷频率控制研究［D］. 秦皇岛: 燕山大学， 2017.
ZHANG Wei. Research on the load frequency control of power system based on neural network adaptive inverse system［D］. Qinhuangdao: Yanshan University， 2017.
［12］席磊，李玉丹，黄悦华，等. 基于虚拟狼群控制策略的智能发电控制［J］. 中国电机工程学报， 2018， 38（10）: 2966-2979， 3147.
XI Lei， LI Yudan， HUANG Yuehua， et al. Smart generation control based on the virtual wolf pack control strategy［J］. Proceedings of the CSEE， 2018， 38（10）: 2966-2979， 3147.
［13］苏晨，吴在军，吕振宇，等. 孤立微电网分布式二级功率优化控制［J］. 电网技术， 2016， 40（9）: 2689-2697.
SU Chen， WU Zaijun， L Zhenyu， et al. Distributed secondary power optimization control for islanded microgrid［J］. Power System Technology， 2016， 40（9）: 2689-2697.
［14］高扬，艾芊. 基于多智能体系统的微电网联络线潮流精确控制［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（5）: 140-146.
GAO Yang， AI Qian. Precise control of tie-line power for microgrid based on multi-agent system［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（5）: 140-146.
［15］NING C. Robust H∞ load-frequency control in interconnected power systems［J］. IET Control Theory and Applications， 2016， 10（1）: 67-75.
［16］GUHA D， ROY P K， BANERJEE S. Load frequency control of interconnected power system using grey wolf optimization［J］. Swarm and Evolutionary Computation， 2016， 27: 97-115.
［17］KHOOBAN M H， NIKNAM T， BLAABJERG F， et al. A new load frequency control strategy for micro-grids with considering electrical vehicles［J］. Electric Power Systems Research， 2017， 143: 585-598.
［18］GUERRERO J M， VASQUEZ J C， MATAS J， et al. Hierarchical control of droop-controlled AC and DC microgrids: A general approach toward standardization［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2011， 58（1）: 158-172.
［19］张磊，罗毅，叶婧，等. 考虑联络线支援波动约束的多区域AGC最优联合调频控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2017， 37（3）: 676-685.
ZHANG Lei， LUO Yi， YE Jing， et al. Optimal cooperation frequency control strategy of AGC in multi-area under tie-line support volatility constraint［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（3）: 676-685.
［20］胡超，张兴，石荣亮，等. 独立微电网中基于自适应权重系数的VSG协调控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2017， 37（2）: 516-525.
HU Chao， ZHANG Xing， SHI Rongliang， et al. VSG coordinated control based on adaptive weight factors in islanded microgrids［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（2）: 516-525.
［21］GIRALDO J， MOJICA-NAVA E， QUIJANO N. Synchronization of isolated microgrids with a communication infrastructure using energy storage systems［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2014， 63: 71-82.
［22］侯世英，余海威，李琦，等. 微电网孤岛运行混合储能自适应控制策略［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（17）: 15-21.
HOU Shiying， YU Haiwei， LI Qi， et al. Adaptive control strategy of hybrid energy storage in microgrid islanded operation state［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（17）: 15-21.
［23］KOUBA N E Y， MENAA M， HASNI M， et al. A novel optimal frequency control strategy for an isolated wind-diesel hybrid system with energy storage devices［J］. Wind Engineering， 2016， 40（6）: 497-517.
［24］SHIVA C K， MUKHERJEE V. A novel quasi-oppositional harmony search algorithm for AGC optimization of three-area multi-unit power system after deregulation［J］. Engineering Science and Technology， an International Journal， 2016， 19（1）: 395-420.
［25］TOULABI M R， SHIROEI M， RANJBAR A M. Robust analysis and design of power system load frequency control using the Kharitonovs theorem［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2014， 55: 51-58.
［26］吴云亮，肖峥，闫秉科，等. 微电网协调频率和电压控制策略研究［J］. 陕西电力， 2017， 45（2）: 15-20.
WU Yunliang， XIAO Zheng， YAN Bingke， et al. Coordinated frequency and voltage control strategy for microgrid［J］. Shaanxi Electric Power， 2017， 45（2）: 15-20.
［27］许志荣，杨苹，郑成立，等. 孤岛型风柴储微电网运行情况分析［J］. 电网技术， 2016， 40（7）: 1978-1984.
XU Zhirong， YANG Ping， ZHENG Chengli， et al. Operation analysis of isolated microgrid including wind turbine， diesel generator and battery storage［J］. Power System Technology， 2016， 40（7）: 1978-1984.

[1]	赵波, 章德, 胡柳君, 马俊杰, 李勇, 王炜宇. 基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 25-31.
[2]	肖友强, 林晓煌，文云峰. 直流和新能源高渗透型电网惯性水平多维度评估[J]. 电力建设, 2020, 41(5): 19-27.
[3]	袁丽丽，阳育德，覃智君，刘辉. 基于谐波阻抗特性的风电次同步振荡分析[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 117-125.
[4]	陆秋瑜，杨银国，王中冠，谭嫣，夏天，伍双喜. 基于次梯度投影分布式控制法的虚拟电厂经济性一次调频[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 79-85.
[5]	刘东明，杨杨，王军波，史海涛，马鸿君，张虹. 基于事件触发的互联电网负荷频率模型预测输出反馈控制[J]. 电力建设, 2020, 41(2): 108-117.
[6]	夏世威，陆涛，杜婷，李庚银，卜思奇. 考虑风电波动性的微网中电动汽车分布式协调运行方法[J]. 电力建设, 2019, 40(6): 86-94.
[7]	宋振浩，陆立民，胥峥，吕志鹏，吴鸣，赵婷. VSG虚拟惯量动态区间控制策略[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 45-53.
[8]	朱全胜,常烨骙，张振安，赵华，晋萃萃，吴玉琼，刘娆. 面向各类功率扰动的频率控制及评估问题探讨[J]. 电力建设, 2018, 39(9): 129-136.
[9]	张晴晴，吴倩，李盛伟，白星振. 计及不同需求响应群体的新能源并网系统优化调度[J]. 电力建设, 2018, 39(7): 107-114.
[10]	熊雄1，孙庆凯1，井天军1，孙可2，王坤3. 基于多分段P/f特性曲线的独立微电网协调控制策略[J]. 电力建设, 2018, 39(4): 51-.
[11]	李盟盟1，王育飞1，薛花1，张宇2，方陈2. 不平衡电网下无锁相环逆变器模型预测控制[J]. 电力建设, 2018, 39(4): 100-.
[12]	徐政, 杨健, 盛能进, 陆韶琦. 半波长级与全波长级输电系统的过电压与同步稳定性分析[J]. 电力建设, 2018, 39(3): 23-.
[13]	樊海锋，刘文龙，苏大威，余璟. 基于有功不平衡指标的储能快速调频方法[J]. 电力建设, 2018, 39(10): 106-112.
[14]	曾鉴，叶希，瞿小斌，金健可，文云峰，赵荣臻. 异步互联格局下川渝送端电网的频率稳定特性与控制策略 [J]. 电力建设, 2018, 39(1): 68-.
[15]	田亦凡，许冬，韩民晓，郑超. 基于MMC的多端直流输电系统阻抗频率特性研究[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 118-.