本发明涉及一种电力电子领域，具体涉及一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法。
背景技术：
微电网是一种由分布式电源、储能设备、可控负荷及电力电子变流器等构成的局部电网，是智能电网的重要组成部分。近年来，随着新能源发电技术的不断成熟，微电网应用得到了长足的发展。微电网的运行模式可分为并网及孤岛两种，孤岛运行时，通常采用多台分布式电源并联运行的方式来承担负荷功率以提高系统的供电可靠性。但是，分布式电源间的功率分配及微电网系统的电压水平会影响系统运行效率及电能质量，因此孤岛型微电网二次优化调节问题受到了广泛的关注。特别是在实际的微电网应用技术中，要考虑由于通讯时间延迟带来的响应不及时问题和由于公共负荷发生变化的情况下的微电网控制问题，解决这些问题可以有效提高微电网的电能质量。
在孤岛微电网系统控制中，目前主要分为三层的控制架构：一层为对于电压和频率的控制，主要是由下垂控制完成，但是下垂控制会导致电压、频率偏离预先设定的参考值，这种情况下，就需要对此进行二次控制，解决电压、频率偏差的问题，如今主流的二次控制主要采用分布式一致性算法来完成，例如专利公开文本“一种基于rc虚拟阻抗的逆变器并联控制方法”公开了一种适用于并联逆变器系统在低压系统中线路阻抗不同时的控制策略，通过利用添加微分环节增强动态性能，添加rc虚拟阻抗对功率进行解耦均分，添加二次控制增强系统在负载变化时的稳定性。
然而考虑到微电网所处自然环境的发展性，其物理故障发生的不可抗力以及微电网信息传输物理介质本身的局限性，孤岛微电网控制依然存在通信时间延迟带来的响应信号反馈不及时、不稳定的问题。
专利公开文本“微电网延时稳定裕度的控制方法及设备”中记载的技术方案声称“实现不改变通信网络拓扑结构的前提下提升了控制系统的暂态响应速度，使微电网在更大的延时下保持稳定。”在一定程度上改善了由于通讯延迟导致的微电网稳定性问题，主要从二次控制层面进行改进，且在孤岛微电网环境下，其优势并不明显。
因此，考虑通信延迟的分布式一致性算法对于孤岛微电网的二次控制有很好地应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于考虑实际微电网的运行情形下的二次控制并在此基础上改进下垂控制方法，提供了一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，并通过在分布式一致性算法中添加时间延迟环节来模拟现实生产中的通信时延，并在此基础上，在现有的微电网下垂控制方法中加入有功给定项来抑制公共负荷变化带来的波动，以解决现有的孤岛微电网没有考虑延时情况下的下垂控制问题。
一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，包括以下步骤如下：
(1)基波参考电流的获取
将逆变器侧的输出电压和输出电流进行派克变换，从abc坐标系转换到dq参考坐标系下，从而获取计算所需的dq轴分量，用于后续的有功和无功功率的计算。
(2)改进的下垂控制算法
在传统的下垂控制算法的基础上，有功功率控制的模型中添加功率给项，利用实际的有功功率和给定的有功功率的偏差值充当下垂控制的系统参数进行计算，可以有效解决电压频率波动较大的问题；
(3)二次控制算法
在孤岛微电网中使用分布式一致性算法来实现二次控制。以电压控制为例，在下垂控制的计算中，由于将电压电流进行了派克变换，abc坐标系下的观测量转换到了dq参考坐标系下，在所以一次控制的公式可以修改为：
式子中，
这样可以将n个分布式电源的电压同步问题转变为一阶线性多智能体同步跟踪问题：
将微电网中分布式电源dg看做是目标节点，根据图论的知识可以用一个有向图来代替它们彼此之间的通讯联系，在微电网中设定一个领导节点，这个节点提供参考电压和参考频率，只有有限个目标节点可以接收到参考节点的信息，其他节点通过通讯连接来更新电压和频率；
(4)添加时延后的控制算法
分布式一致性算法的结构如下公式所示：
在式子中，ni代表相邻的智能体，aij代表了邻接矩阵中的项，当两个节点之间不联通时，aij为0，否则为1；j代表节点，xj(t)表示第j个节点在时刻t时的值，在电压控制中，x代表电压，在频率控制中，x代表角频率；一致性算法的结构公式也可以写成如下形式：
式子里面，l是智能体对应有向图的拉普拉斯矩阵，x＝[x1，x2，…xn]；
当考虑时间延迟在分布式微电网的二次控制中时，此时的算法结构如下所示：
技术原理：本发明考虑在有一定时间延迟条件下的微电网系统控制问题，在二次控制的环节，采用分布式一致性算法，对电压和频率的偏差进行二次校正；以电压控制为例，将微电网输出电压进行帕克变换得到dq轴分量，d轴分量和参考电压量输送到二次控制层进行运算，二次控制的最终目的就是使d轴分量趋近于参考量；系统的控制流程如下：一级控制即本地控制主要负责稳定逆变器电压；二次控制主要完成对一级控制导致的电压频率偏差的修正。一级控制包含下垂控制器、电压电流控制器和虚拟阻抗环。在dq参考坐标系下通过使用虚拟阻抗环和二次控制产生电压控制器所需的参考电压和频率，经由电压控制器后产生电流参考信号输入到电流控制器中，输出的结果按照脉宽调制pwm技术生成逆变器的控制信号；该方法尤其适合含有时延的孤岛微电网的情形；该方法解决了时间延迟条件下孤岛微电网的公共负荷发生变化时的问题，有助于提高电网的稳定性，增强了电能质量。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明提供了一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，该方法在添加了随机的时间延迟的微电网系统中，在下垂控制中加入给定的功率给定项，针对公共负荷改变时电压和频率波动明显问题做出了改进；
2、本发明提供的方法无须对原有的系统架构进行大规模的修改，可以对现有的孤岛微电网系统有很好地兼容性，只需在现有的控制结构基础上添加参数进行校正，可以方便地对已经存在的控制结构进行修改，无需对整体拓扑结构进行大规模构筑，因此具有很好的适用性；
3、在孤岛微电网中，对于公共负荷发生改变的情况，要求电压波动在5％以内，频率波动在1％以内，当公共负荷发生变化时，传统的下垂控制方法波动范围较大，可能无法进行较为精准的校正，应用改进的控制方法可以解决此问题，本发明方法对于提高孤岛微电网的电能质量，提高电网稳定性有良好作用。
附图说明
图1为本发明的孤岛微电网系统控制结构示意图；
图2为所述四节点微电网的拓扑结构示意图；
图3为具体实施方式中添加时延前的电压和频率波形图；
图4为具体实施方式中添加时延0.5s后的电压和频率波形图；
图5为具体实施方式后添加时延1.57s后的电压和频率波形图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本方法采用的孤岛微电网涉及两层的控制架构，一层为改进的下垂控制方法，在原有的下垂控制方法的有功功率侧添加功率给定项来稳定负荷变化使得波动；二层为含有时间延迟项的分布式一致性算法，主要用于校正一次控制带来的电压和频率偏差。分布式电源包含了光伏、风电、燃料电池等发电单元，在图中用直流电源来模拟。本实施例采用了四节点的分布式孤岛微电网来进行说明，节点数量仅仅只为说明专利方法操作流程，实际应用可以根据具体情况来调节。
工作流程为：提取微电网逆变器输出电流和输出电压并进行派克变换。将得到的dq轴分量发送到下垂控制端，下垂控制采用内环电流控制，外环电压控制的双环控制结构。在二次控制层，分为电压二次控制器和频率二次控制器来对下垂控制产生的偏差进行校正。最终将下垂控制产生的控制信号输送到逆变器侧生成控制信号调节电压和频率。
具体操作过程如下:
(1)基波参考电流的获取
将逆变器侧的输出电压和输出电流进行派克变换，从abc坐标系转换到dq参考坐标系下，从而获取计算所需的dq轴分量，用于后续的有功和无功功率的计算。本发明专利使用的派克变换如下所示：
将采集到的微电网输出电压voabc和输出电流ioabc进行派克变换可以得到其dq轴分量：
分布式电源的有功功率p和无功功率q可以利用瞬时功率理论计算得到，这里采用的是其直流分量。直流分量可以通过一阶低通滤波器滤除其中的交流分量得到。公式如下：
(2)改进的下垂控制算法
在传统的下垂控制算法的基础上，有功功率控制的模型中添加功率给项，利用实际的有功功率和给定的有功功率的偏差值充当下垂控制的系统参数进行计算，可以有效解决电压频率波动较大的问题。传统的下垂控制方法如下所示：
在其基础上添加一个有功功率的给定项可以保证微电源灯的输出电压和频率在额定值附近波动：
(3)二次控制算法
在孤岛微电网中使用分布式一致性算法来实现二次控制。以电压控制为例，在下垂控制的计算中，由于将电压电流进行了派克变换，abc坐标系下的观测量转换到了dq参考坐标系下，在所以一次控制的公式可以修改为：
式子中，
这样可以将n个分布式电源的电压同步问题转变为一阶线性多智能体同步跟踪问题：
将微电网中分布式电源dg看做是目标节点，根据图论的知识可以用一个有向图来代替它们彼此之间的通讯联系。在微电网中设定一个领导节点，这个节点提供参考电压和参考频率，只有有限个目标节点可以接收到参考节点的信息，其他节点通过通讯连接来更新电压和频率。
(4)添加时延后的控制算法
分布式一致性算法的结构如下公式所示：
在式子中，ni代表相邻的智能体，aij代表了邻接矩阵中的项，当两个节点之间不联通时，aij为0，否则为1；j代表节点，表示第j个节点在时刻t时的值，在电压控制中，x代表电压，在频率控制中，x代表角频率；一致性算法的结构公式也可以写成如下形式：
式子里面，l是智能体对应有向图的拉普拉斯矩阵，x＝[x1，x2，…xn]；
当考虑时间延迟在分布式微电网的二次控制中时，此时的算法结构如下所示：
本实施例采用一个四节点的孤岛微电网来模拟现实情况，其他节点情形可以适用。
分布式电源的分布如图所示，根据图论的相关知识，可以构造出微电网的拓扑结构进而求出其对应的拉普拉斯矩阵为：
此孤岛微电网的最大允许时延为:
其中λmax为拉普拉斯矩阵的最大特征值,当时延小于允许的最大时间的时候，微电网可以稳定运行。
根据基于时延孤岛微电网的系统控制方法所设计的控制器可以实现时延孤岛微电网的电压频率稳定运行。
如图4所示，当运行时间延迟为0.5s时，本发明提供的控制方法可以在有时间延迟的条件下将电压和频率稳定在一定的数值，对比图3可以看出，本发明提供的基于延时孤岛微电网的改进下垂控制方法对孤岛微电网控制效果良好，当运行的时延不超过允许的最大时延的情况下，应用改进的下垂控制算法依旧可以将微电网的电压频率稳定地控制在一定的范围内，说明了所提方法的可行性。在时间延迟处于最大时延时系统仍可稳定运行(如本例中的1.57s)如图5所示。
以上实例仅说明本发明的技术方案及其限制，本发明的应用不限于以上实例，有许多类似的变化。本领域的技术人员如果对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围内。
1.一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，主要包括三层控制结构，其中第一层为下垂控制算法，第二层即二次控制环节，第三层为经济优化层，其特征在于，其中第一层为改进的下垂控制算法，将微电网的电压和频率调节到指定的值；第二层即二次控制环节，用于校正由于一层控制带来的电压频率偏差，提高系统的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种基于时延孤岛微电网系统控制方法，其特征在于，所述改进的下垂控制算法，具体为在传统的下垂控制算法的基础上，有功功率控制的模型中添加功率给项，利用实际的有功功率和给定的有功功率的偏差值充当下垂控制的系统参数进行计算。
3.根据权利要求1所述的一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，其特征在于，在所述的二次控制的环节，采用分布式一致性算法，对电压和频率的偏差进行二次校正。
4.根据权利要求3所述的一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，其特征在于，所述分布式一致性算法结构如下所示：
在式子中，ni代表相邻的智能体，aij代表了邻接矩阵中的项，当两个节点之间不联通时，aij为0，否则为1；j代表节点，xj(t)表示第j个节点在时刻t时的值，在电压控制中，x代表电压，在频率控制中，x代表角频率。
5.根据权利要求4所述的一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，其特征在于，所述分布式一致性算法结构中，
6.根据权利要求5所述的一种基于时延孤岛微电网的系统控制方法，其特征在于，所述拉普拉斯矩阵为：
