具有柔性结构的孤岛直流微电网的分级控制（Malab代码实现）

news2025/1/22 12:56:20

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目录

1 概述

2 数学模型

3 算例及运行结果

4 结论

5 Matlab代码及详细文章讲解

1 概述

微电网 (mG) 是由分布式发电单元 (DGU) 和不同负载组成的小型电网。除了可再生能源整合、提高电能质量、降低传输损耗以及在并网和孤岛模式下运行的能力等诸多优势外，mG 还与交流和直流运行标准兼容 [1, 2, 3]。特别是，直流微电网 (DCmGs) 最近获得了关注。它们的日益普及可归因于高效转换器的发展、与许多可再生能源（例如光伏模块）、电池和许多电子负载（各种电器、LED、电动汽车、计算机等）的自然接口，本质上是直流电[4, 5]。孤岛直流微电网（DCmG）的稳定经济运行是一个多目标问题。因此，它需要一个控制实体来适当调节内部电压并有效协调 DGU 操作，同时考虑负载和可再生能源的非确定性吸收/生产。为此，通常采用跨越不同控制阶段、时间尺度和物理层的分层架构。

图 1：直流微电网分级控制方案

堆叠一级、二级和三级的分层架构广泛用于孤岛直流微电网 (DCmG) 的运行和控制，该微电网由配电发电机组 (DGU)、负载和电力线组成。但是，通常缺少对所有层的综合分析。在这项工作中，我们通过设置自上而下的分层控制架构来弥补这一限制。连接到 DGU 的分散式电压控制器构成了我们的主要层。在基于 MPC 的能源管理系统 (EMS) 的管理下，我们的第三层为 DGU 生成最佳功率参考和决策变量。特别是，决策变量可以打开/关闭 DGU 并选择它们的操作模式。中间次级层将 EMS 电源参考转换为初级层所需的适当电压信号。更具体地说，为了提供电压解决方案，第二层解决了一个优化问题，其中嵌入了显示总是可解的潮流方程。由于负载电压不是直接强制执行的，因此它们的独特性对于 DGU 产生由 EMS 提供的参考功率是必要的。为此，我们仅基于局部负载参数推断出一种新颖的唯一性条件。我们的控制框架，除了适用于通用 DCmG 拓扑之外，还可以适应 EMS 命令引起的拓扑变化。它的功能通过在修改后的 16 节点直流系统上的模拟得到验证。

2 数学模型

$I_{L, j}\left(V_{j}\right)=\bar{I}_{L, j}+Y_{L, j} V_{j}+V_{j}^{-1} \bar{P}_{L, j}$

$P_{L, j}\left(V_{j}\right)=\bar{I}_{L, j} V_{j}+Y_{L, j} V_{j}^{2}+\bar{P}_{L, j}$

$\begin{array}{l} 0 \leq P_{D H, b}(k+i) \leq P_{B, b}^{\max }(k+i) \delta_{B, b}(k+i) \\ 0 \leq P_{C H, b}(k+i) \leq-P_{B, b}^{\min }(k+i)\left(1-\delta_{B, b}(k+i)\right) \end{array}$

$J_{S P F}\left(\bar{P}_{G}, \bar{P}_{L}, \bar{I}_{L}\right)=\min _{V_{G}, V_{L}, P_{G}}\left\|P_{G}-\bar{P}_{G}\right\|_{2}$

$subject to \begin{array}{l} f_{G}\left(V_{G}, V_{L}, P_{G}\right)=0 \\ f_{L}\left(V_{G}, V_{L}\right)=0 \end{array}$

详细数学模型及解释见第4部分。

3 算例及运行结果

4 结论

在这文中，为孤立的 DCmG 提出了一种自上而下的分层控制结构。我们位于初级电压层之上的监控控制器包括二级和三级。通过使用负载/发电预测以及绘制的测量值从负载和 DGU 中，我们配备 EMS 的第三层产生最佳的电源参考。为了使 EMS 电源参考对电压控制的初级层有意义，次级层将它们转换为适当的电压参考。更具体地说，电压参考是通过优化问题生成的，该问题能够结合实际操作约束，如 DGU 能力限制和 DCmG 允许电压范围。我们研究了二次优化问题的完全占有性，并推导出了发电机电压和 DGU 功率注入唯一性的新条件。最后，在 16 节点 DCmG 上，我们演示了我们的分层控制方案的多个层如何协同工作以实现预期目标。未来的工作将针对 EMS 的开发，使 DCmG 能够在并网模式下工作，并且不需要完全了解 DCmG 拓扑的辅助层。为了设计一个完全可扩展的 DCmG 控制架构，我们也将努力转向二级和三级控制层的去中心化方向。

部分理论引用网络文献，若有侵权请联系博主删除。

5 Matlab代码及详细文章讲解

plot(  t_plot(:,(sim_init)*(length(tr))+1  :(sim_end)*(length(tr)))/3600 ,   y_plot(sourcenodes_mod,(sim_init-1)*(length(tr))+1 :(sim_end-1)*(length(tr)) ),'linewidth',2.5)
hold on
plot(  t_plot(:,(sim_init)*(length(tr))+1  :(sim_end)*(length(tr)))/3600 ,  kron(datalog.OPF.v_opf(sourcenodes_mod,sim_init:sim_end-1),ones(1,length(tr))),':k','linewidth',2.5)
xlim( [sim_centr/60-2/(60*60), sim_centr/60+2/(60*60)])
ylim([min(min(datalog.OPF.v_opf(sourcenodes_mod,sim_init:sim_end-1)))-0.5, max(max(datalog.OPF.v_opf(sourcenodes_mod,sim_init:sim_end-1))+0.5)])
grid on
ylabel('电压[V]')
set(gca,'fontsize',15)
xlabel('时间[h]')
box on

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👨‍💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。当哲学课上老师问你什么是科学，什么是电的时候，不要觉得这些问题搞笑，哲学就是追究终极问题，寻找那些不言自明只有小孩子会问的但是你却回答不出来的问题。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能让人胸中升起一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它居然给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“真理”上的尘埃吧。

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