本發(fā)明涉及一種基于特征模型的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等效建模方法，屬于電力系統(tǒng)建模與控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是提高分布式可再生能源利用效率、區(qū)域供電可靠性的有效手段。微電網(wǎng)集分布式發(fā)電系統(tǒng)、負(fù)荷以及儲(chǔ)能系統(tǒng)于一體，通過電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)的就近供電，并通過儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著發(fā)電、供電技術(shù)的發(fā)展，越來越多新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)將并網(wǎng)發(fā)電，或通過集群的方式，或通過微電網(wǎng)分散的方式，以此給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)帶來很多未知因素。其隨機(jī)性、波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響。
微電網(wǎng)可以運(yùn)行在孤島狀態(tài)也可以運(yùn)行在并網(wǎng)狀態(tài)，隨著微電網(wǎng)規(guī)模、容量以及電壓等級(jí)的不斷提高，微電網(wǎng)對(duì)于配網(wǎng)的影響更加明顯。因此，微電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)應(yīng)納入大電網(wǎng)統(tǒng)一框架下進(jìn)行，參與大電網(wǎng)的規(guī)劃分析和仿真計(jì)算，因此一個(gè)合適的微電網(wǎng)模型至關(guān)重要。
微電網(wǎng)內(nèi)部包含大量電力電子設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行過程中，通過對(duì)電力電子設(shè)備的合理控制實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力電子設(shè)備的動(dòng)態(tài)過程非常復(fù)雜，隨著微電網(wǎng)容量和數(shù)量的增多，其內(nèi)部元件的相互作用更加復(fù)雜，利用微電網(wǎng)元件內(nèi)部詳細(xì)模型參與配電網(wǎng)仿真顯得不合適。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于特征模型的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等效建模方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種基于特征模型的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等效建模方法，首先采集能揭示微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特征的量測(cè)數(shù)據(jù)，然后基于量測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建特征模型，最后基于量測(cè)數(shù)據(jù)確定特征模型的階數(shù)，基于量測(cè)數(shù)據(jù)確定特定階數(shù)特征模型的參數(shù)，確定了階數(shù)和參數(shù)的特征模型即為微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等效模型。
采用阻尼遞推最小二乘法利用量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)不同階數(shù)的特征模型進(jìn)行辨識(shí)擬合，以擬合精度和計(jì)算速度之和作為判斷迭代的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確定模型階數(shù)。
特征模型為二階特征模型，具體為，
y(t+1)＝f1(t)y(t)+f2(t)y(t-1)+g1(t)u(t)+g2(t)u(t-1)
其中，y(t+1)為下一時(shí)刻的輸出，y(t)為當(dāng)前時(shí)刻的輸出，y(t-1)為上一時(shí)刻的輸出，u(t)為當(dāng)前時(shí)刻的輸入，u(t-1)為上一時(shí)刻的輸入，f1(t)，f2(t)，g1(t)，g2(t)為當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)參數(shù)矩陣。
采用阻尼遞推最小二成算法利用量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)特定階數(shù)特征模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；
該阻尼遞推最小二乘法的目標(biāo)函數(shù)為，
其中，
量測(cè)數(shù)據(jù)為出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)微電網(wǎng)并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)。
在參數(shù)辨識(shí)過程中，分別將電壓數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)作為輸入輸出進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，分別將電流數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)作為輸入輸出進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，以此增加辨識(shí)系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。
利用新的量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等效模型進(jìn)行擬合，確定模型的準(zhǔn)確性和合理性。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明將微電網(wǎng)視為一整體可控單元，從微電網(wǎng)的接入點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)入手，利用特征模型來描述微電網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，在分析微電網(wǎng)接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響以及微電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，不需要分析具體微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而是以特征模型的形式來表征微電網(wǎng)，利用其等效模型來模擬微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性，由此提高系統(tǒng)的仿真速度。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
微電網(wǎng)通過電力電子控制接入大電網(wǎng)，從大電網(wǎng)的角度其可視為一可控的元件，可表現(xiàn)為吸收能量的“負(fù)荷”或者釋放能量的“電源”，整體上表現(xiàn)為一可控“虛擬元件”。當(dāng)微電網(wǎng)參與電力系統(tǒng)仿真時(shí)，不需要過多關(guān)注微電網(wǎng)自身內(nèi)部的動(dòng)態(tài)特性，從微電網(wǎng)的接入點(diǎn)電壓、電流、功率以及頻率數(shù)據(jù)入手，分析其動(dòng)態(tài)特性，提取其動(dòng)態(tài)特征。
基于上述原理，本申請(qǐng)的一種基于特征模型的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等效建模方法，具體如下：
步驟1：采集能揭示微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特征的量測(cè)數(shù)據(jù)。
量測(cè)數(shù)據(jù)的選擇需要滿足一定的條件，由于微電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)的數(shù)據(jù)不能揭示微電網(wǎng)內(nèi)部元件的動(dòng)態(tài)特征，因此，量測(cè)數(shù)據(jù)必須是擾動(dòng)數(shù)據(jù)，即大電網(wǎng)故障、微電網(wǎng)內(nèi)部故障或者運(yùn)行狀態(tài)變化引起的并網(wǎng)接入量測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，包括微電網(wǎng)并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、功率數(shù)據(jù)以及頻率數(shù)據(jù)，由于頻率數(shù)據(jù)由大電網(wǎng)決定，因此頻率大部分情況下維持不變，因此這里采集的量測(cè)數(shù)據(jù)可以為微電網(wǎng)并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)。
步驟2，基于量測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建特征模型。
步驟3，基于量測(cè)數(shù)據(jù)確定特征模型的階數(shù)。
采用阻尼遞推最小二乘法利用量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)不同階數(shù)的特征模型進(jìn)行辨識(shí)擬合，隨著特征模型階數(shù)的增加，擬合精度也隨之增加，但是計(jì)算量和計(jì)算速度將會(huì)降低，以擬合精度和計(jì)算速度之和作為判斷迭代的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確定模型階數(shù)。
特征模型為二階特征模型，具體為，
y(t+1)＝f1(t)y(t)+f2(t)y(t-1)+g1(t)u(t)+g2(t)u(t-1)
其中，y(t+1)為下一時(shí)刻的輸出，y(t)為當(dāng)前時(shí)刻的輸出，y(t-1)為上一時(shí)刻的輸出，u(t)為當(dāng)前時(shí)刻的輸入，u(t-1)為上一時(shí)刻的輸入，f1(t)，f2(t)，g1(t)，g2(t)為當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)參數(shù)矩陣。特征模型參數(shù)具有慢時(shí)變性，體現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行過程的變化，比如：微電網(wǎng)在運(yùn)行過程中必然受到風(fēng)速、光照等自然因素條件的影響，利用特征模型的慢時(shí)變性參數(shù)能夠反映自然因素變化引起微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行特征的變化。
步驟4，基于量測(cè)數(shù)據(jù)確定特定階數(shù)特征模型的參數(shù)，確定了階數(shù)和參數(shù)的特征模型即為微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等效模型。
采用阻尼遞推最小二成算法利用量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)特定階數(shù)特征模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。這里的阻尼遞推最小二乘法的目標(biāo)函數(shù)為：
其中，
辨識(shí)過程中參數(shù)
t0′(t-1)＝t(t-1)
其中，ri為r1的后續(xù)向量，r1＝[1,0,…,0]t，μ′＝(1-λ)μ/λ，k為時(shí)間序列，
在參數(shù)辨識(shí)過程中，由于電壓、電流和功率數(shù)據(jù)為相關(guān)數(shù)據(jù)，分別將電壓數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)作為輸入輸出進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，分別將電流數(shù)據(jù)和功率數(shù)據(jù)作為輸入輸出進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，以此增加辨識(shí)系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。
步驟4，利用新的量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等效模型進(jìn)行擬合，確定模型的準(zhǔn)確性和合理性。
上述方法將微電網(wǎng)視為一整體可控單元，從微電網(wǎng)的接入點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)入手，利用特征模型來描述微電網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，在分析微電網(wǎng)接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響以及微電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，不需要分析具體微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而是以特征模型的形式來表征微電網(wǎng)，利用其等效模型來模擬微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性，由此提高系統(tǒng)的仿真速度。上述方法的等效模型通用性強(qiáng)，適用于不同類型、不同結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)系統(tǒng)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。