本發(fā)明涉及分布式光伏控制，具體為一種基于微網(wǎng)架構(gòu)的分布式光伏分層協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，傳統(tǒng)的集中式電網(wǎng)控制模式面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中存在以下主要缺陷：傳統(tǒng)集中式控制架構(gòu)難以應(yīng)對(duì)分布式光伏的隨機(jī)性和間歇性特征。分布式光伏發(fā)電受天氣條件影響顯著，功率輸出波動(dòng)性大，傳統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤和快速調(diào)節(jié)。現(xiàn)有的分布式控制方法缺乏有效的分層協(xié)調(diào)機(jī)制。大多數(shù)研究集中在單一控制層面，如僅關(guān)注逆變器級(jí)控制或微網(wǎng)級(jí)控制，缺乏從設(shè)備層到區(qū)域?qū)拥娜謪f(xié)調(diào)優(yōu)化。并且現(xiàn)有控制方法多以功率平衡為核心目標(biāo)，缺乏對(duì)經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境效益的統(tǒng)籌考量。部分方案僅通過(guò)降低購(gòu)電成本優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性，卻忽視了微網(wǎng)間功率交換的網(wǎng)損成本、儲(chǔ)能系統(tǒng)維護(hù)成本；另有研究雖關(guān)注環(huán)保指標(biāo)，但未建立碳排放成本與功率調(diào)度的量化關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中常出現(xiàn)“高碳購(gòu)電”“冗余儲(chǔ)能充放電”等現(xiàn)象。

2、此外，故障處理能力不足也是制約分布式光伏系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)故障檢測(cè)多依賴(lài)單一指標(biāo)，難以識(shí)別設(shè)備老化、通信中斷等隱性故障；且缺乏分層自愈機(jī)制，故障發(fā)生后多采用整體停機(jī)檢修模式，導(dǎo)致系統(tǒng)停電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘，嚴(yán)重影響用戶供電可靠性。

3、綜上，現(xiàn)有技術(shù)在控制架構(gòu)協(xié)同性、運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)環(huán)保統(tǒng)籌性及故障自愈能力上的短板，已成為制約分布式光伏系統(tǒng)規(guī)?；⒏哔|(zhì)量發(fā)展的核心障礙，亟需構(gòu)建一套多層級(jí)協(xié)同、強(qiáng)魯棒性、全場(chǎng)景適配的新型控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于微網(wǎng)架構(gòu)的分布式光伏分層協(xié)調(diào)控制方法，通過(guò)以設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)尤龑蛹軜?gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集預(yù)處理、故障監(jiān)測(cè)診斷、電壓穩(wěn)定控制、經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)化及負(fù)反饋調(diào)節(jié)，結(jié)合mppt控制、模型預(yù)測(cè)控制、拉格朗日對(duì)偶分解等策略，實(shí)現(xiàn)分布式光伏系統(tǒng)穩(wěn)定、自愈、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的運(yùn)行。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于微網(wǎng)架構(gòu)的分布式光伏分層協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、s1：構(gòu)建設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)尤龑涌刂萍軜?gòu)，設(shè)備層負(fù)責(zé)單個(gè)分布式光伏設(shè)備的本地控制，微網(wǎng)層協(xié)調(diào)微網(wǎng)內(nèi)多個(gè)分布式電源和負(fù)荷，區(qū)域?qū)咏y(tǒng)籌多個(gè)微網(wǎng)層的協(xié)調(diào)運(yùn)行；

5、s2：數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，實(shí)時(shí)采集各層級(jí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，剔除異常值，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至三層控制架構(gòu)中執(zhí)行；

6、s3：故障監(jiān)測(cè)與診斷，通過(guò)多層次故障檢測(cè)機(jī)制和自愈控制策略，持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)尤龑涌刂萍軜?gòu)，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，啟動(dòng)分層遞進(jìn)的自愈控制決策；

7、s4：電壓穩(wěn)定判斷，對(duì)于不穩(wěn)定的電壓采用分層電壓控制策略，各層協(xié)調(diào)配合維持電壓穩(wěn)定，設(shè)備層電壓調(diào)節(jié)采用下垂控制，微網(wǎng)層電壓調(diào)節(jié)采用二次控制，消除下垂控制的穩(wěn)態(tài)誤差，區(qū)域?qū)油ㄟ^(guò)優(yōu)化各微網(wǎng)的功率交換實(shí)現(xiàn)電壓協(xié)調(diào)，通過(guò)s3故障診斷結(jié)果選擇電壓控制策略選擇；

8、s5：經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)化，對(duì)于對(duì)于穩(wěn)定的電壓與經(jīng)過(guò)s4電壓控制策略通過(guò)目標(biāo)函數(shù)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益，確定目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)求解多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，得到各層級(jí)的最優(yōu)控制參數(shù)，包括設(shè)備層的mppt控制參數(shù)、微網(wǎng)層的功率分配指令、區(qū)域?qū)拥奈⒕W(wǎng)間功率交換指令，得到最終控制指令；

9、s6：負(fù)反饋調(diào)節(jié)，對(duì)最終控制指令進(jìn)行執(zhí)行效果評(píng)估，將偏差數(shù)據(jù)反饋至各層控制架構(gòu)中，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，形成閉環(huán)優(yōu)化控制，并將評(píng)估數(shù)據(jù)返回至設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)尤龑涌刂萍軜?gòu)前進(jìn)行優(yōu)化架構(gòu)。

10、步驟s1設(shè)備層控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)單個(gè)分布式光伏設(shè)備的本地控制，其設(shè)備層控制器的狀態(tài)變量定義為：

11、si＝[vi,ii,ti,hi,θi]

12、式中，vi、ii分別為電壓電流，t為溫度，hi為濕度，θi為設(shè)備狀態(tài)參數(shù)；狀態(tài)變量用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為故障檢測(cè)和mppt控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

13、所述設(shè)備層的功率控制方程為：

14、pi(t)＝ηi·ai·g(t)·[1-βi(ti(t)-tref)]

15、式中，pi(t)為第i個(gè)光伏設(shè)備的輸出功率，ηi為轉(zhuǎn)換效率，ai為光伏板面積，g(t)為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，βi為溫度系數(shù)，tref為參考溫度；

16、設(shè)備層采用改進(jìn)的擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤mppt控制，改進(jìn)的最大功率點(diǎn)跟蹤mppt算法引入自適應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)整機(jī)制，其公式如下：

17、

18、式中，δv(k+1)為第k+1步的電壓擾動(dòng)量(v)，即下一步要施加的電壓變化量；δv(k)為第k步的電壓擾動(dòng)量，即當(dāng)前步的電壓變化量；k為離散時(shí)間步長(zhǎng)索引，表示mppt算法的迭代次數(shù)；γ為調(diào)整因子，0<γ<1，用于控制擾動(dòng)步長(zhǎng)的大??；dp/dv為當(dāng)前時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)(w/v)，表示功率-電壓曲線的斜率；dp/dv(k-1)為前一時(shí)刻功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)(w/v)；p為光伏陣列的輸出功率(w)；v為光伏陣列的端電壓(v)。

19、條件1：

20、物理含義：當(dāng)前功率變化方向與前一步相同

21、控制策略：繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)，保持原擾動(dòng)方向

22、數(shù)學(xué)表達(dá)：δv(k+1)＝γ·δv(k)

23、條件2：

24、物理含義：當(dāng)前功率變化方向與前一步相反，可能已越過(guò)最大功率點(diǎn)

25、控制策略：反向擾動(dòng)，尋找最大功率點(diǎn)

26、數(shù)學(xué)表達(dá)：δv(k+1)＝-γ·δv(k)

27、電壓擾動(dòng)量δv(k)用于調(diào)整光伏陣列工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，該擾動(dòng)量傳遞至電壓控制環(huán)節(jié)參與電壓穩(wěn)定控制。

28、步驟s1設(shè)備層還包括無(wú)功功率控制，根據(jù)電網(wǎng)電壓情況自動(dòng)調(diào)節(jié)功率因數(shù)：

29、qi(t)＝pi(t)·tan(cos-1(pftarget))

30、式中，qi(t)為無(wú)功功率，pi(t)為第i個(gè)光伏設(shè)備的輸出功率，pftarget為目標(biāo)功率因數(shù)，cos-1(pftarget)為反余弦函數(shù)，表示目標(biāo)功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的角度，其單位為弧度；tan(cos-1(pftarget))為正切函數(shù)，輸入?yún)?shù)為上述角度；正切值等于無(wú)功功率與有功功率的比值，即tanφ＝q/p。這里直接通過(guò)目標(biāo)功率因數(shù)反推所需的無(wú)功功率比例。

31、步驟s1微網(wǎng)層控制協(xié)調(diào)微網(wǎng)內(nèi)多個(gè)分布式電源和負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的功率平衡和電壓穩(wěn)定，所述微網(wǎng)層的功率平衡約束定義為：

32、

33、式中，ppv,i(t)為光伏發(fā)電功率，pes,j(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)功率，pgrid(t)為與主網(wǎng)交換功率，pl,k(t)為負(fù)荷功率；

34、微網(wǎng)層采用模型預(yù)測(cè)控制mpc方法實(shí)現(xiàn)多時(shí)間尺度的協(xié)調(diào)優(yōu)化，預(yù)測(cè)模型建立如下：

35、x(k+1)＝ax(k)+bu(k)+ed(k)

36、式中，x(k)為狀態(tài)向量，u(k)為控制向量，d(k)為擾動(dòng)向量，a、b、e為系統(tǒng)矩陣；

37、設(shè)定微網(wǎng)層的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

38、

39、式中，np為預(yù)測(cè)時(shí)域長(zhǎng)度，x(k)為狀態(tài)向量，u(k)為控制向量，xt(k)就是x(k)的轉(zhuǎn)置，ut(k)就是u(k)的轉(zhuǎn)置，q、r、s為權(quán)重矩陣，目標(biāo)函數(shù)形式為二次型(quadraticcost)，第一項(xiàng)xt(k)qx(k)表示狀態(tài)偏差的懲罰，第二項(xiàng)ut(k)ru(k)表示控制動(dòng)作的懲罰，第三項(xiàng)xt(np)sx(np)為終端代價(jià)，確保系統(tǒng)在預(yù)測(cè)時(shí)域結(jié)束時(shí)的穩(wěn)定性。關(guān)注單個(gè)微網(wǎng)內(nèi)部的狀態(tài)預(yù)測(cè)和控制優(yōu)化。

40、步驟s1微網(wǎng)層控制協(xié)調(diào)微網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制采用狀態(tài)機(jī)切換策略：

41、

42、式中，soc為荷電狀態(tài)，psurplus為剩余功率，pdeficit為功率缺額，psmooth為平滑功率。

43、第一種情況：當(dāng)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)低于最小值且有剩余功率時(shí)，以最大功率充電

44、第二種情況：當(dāng)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)高于最大值且有功率缺額時(shí)，以最大功率放電

45、第三種情況：其他情況下進(jìn)行平滑功率調(diào)節(jié)

46、這是一個(gè)狀態(tài)機(jī)控制策略，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)平衡微網(wǎng)內(nèi)的功率供需。

47、步驟s1區(qū)域?qū)咏y(tǒng)籌多個(gè)微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的整體優(yōu)化，所述區(qū)域?qū)拥亩嗄繕?biāo)優(yōu)化函數(shù)為：

48、minj＝w1jcost+w2jloss+w3jemission

49、式中，jcost為運(yùn)行成本，jloss為網(wǎng)損，jemission為碳排放，w1、w2、w3為權(quán)重系數(shù)；

50、關(guān)注多個(gè)微網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)，考慮經(jīng)濟(jì)性、網(wǎng)損、碳排放等全局目標(biāo)；

51、區(qū)域?qū)硬捎梅植际絻?yōu)化算法解決多微網(wǎng)協(xié)調(diào)問(wèn)題，基于拉格朗日對(duì)偶分解的分布式算法框架為：

52、

53、式中，fi(xi)為第i個(gè)微網(wǎng)的目標(biāo)函數(shù)，g(x)為耦合約束，λ為拉格朗日乘子；

54、算法原理：

55、1)問(wèn)題分解：將多微網(wǎng)協(xié)調(diào)問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題，每個(gè)微網(wǎng)獨(dú)立優(yōu)化自己的目標(biāo)函數(shù)；

56、2)耦合約束處理：通過(guò)拉格朗日乘子處理微網(wǎng)間的耦合約束(如功率平衡約束)；

57、3)迭代求解：各微網(wǎng)并行求解自己的子問(wèn)題，通過(guò)拉格朗日乘子的更新實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)。

58、實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)的機(jī)制：

59、1)各微網(wǎng)通過(guò)拉格朗日乘子感知到系統(tǒng)整體約束的"影子價(jià)格"；

60、2)在優(yōu)化自身目標(biāo)的同時(shí)，自動(dòng)考慮對(duì)整體系統(tǒng)的影響；

61、3)最終達(dá)到全局最優(yōu)的協(xié)調(diào)運(yùn)行狀態(tài)。

62、對(duì)偶分解迭代過(guò)程為：

63、xik+1＝argminxi[fi(xi)+(λk)tgi(xi)]

64、λk+1＝λk+ρg(xk+1)

65、式中，ρ為步長(zhǎng)參數(shù)；xik+1為第k+1次迭代中第i個(gè)微網(wǎng)的決策變量；fi(xi)為第i個(gè)微網(wǎng)的局部目標(biāo)函數(shù)；λk為第k次迭代的拉格朗日乘子向量，表示約束的影子價(jià)格；gi(xi)為第i個(gè)微網(wǎng)相關(guān)的約束函數(shù)；ρ為步長(zhǎng)參數(shù)，控制拉格朗日乘子的更新速度；λk+1為為第k+1次迭代的拉格朗日乘子向量；g(xk+1)為全局約束函數(shù)在第k+1次迭代解處的值。

66、區(qū)域?qū)舆€包括負(fù)荷預(yù)測(cè)，采用組合預(yù)測(cè)方法提高預(yù)測(cè)精度：

67、

68、式中，為預(yù)測(cè)負(fù)荷，h為預(yù)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)，α1、α2、α3為組合權(quán)重。

69、負(fù)荷預(yù)測(cè)的作用包括預(yù)測(cè)依據(jù)：為區(qū)域?qū)拥亩嗄繕?biāo)優(yōu)化提供未來(lái)負(fù)荷信息；優(yōu)化輸入：預(yù)測(cè)結(jié)果作為mpc預(yù)測(cè)模型的重要輸入?yún)?shù)；決策支持：幫助系統(tǒng)提前做出功率分配和儲(chǔ)能調(diào)度決策。

70、負(fù)荷預(yù)測(cè)是輔助技術(shù)，支持主要控制流程，其預(yù)測(cè)結(jié)果輸入到s5經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)化步驟中提高系統(tǒng)預(yù)測(cè)性控制的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性，為區(qū)域?qū)記Q策的支撐技術(shù)。

71、步驟s1具體為各層控制之間采用分布式一致性算法實(shí)現(xiàn)信息同步和協(xié)調(diào)控制，一致性算法的基本形式為：

72、

73、式中，為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化率，ni為節(jié)點(diǎn)i的鄰居集合，aij為鄰接矩陣元素，表示節(jié)點(diǎn)i和j之間的連接強(qiáng)度，為0或1；j為鄰居節(jié)點(diǎn)的索引號(hào)；xi為節(jié)點(diǎn)i的當(dāng)前狀態(tài)變量，包括電壓、頻率、功率；xj為鄰居節(jié)點(diǎn)j的狀態(tài)變量，其中節(jié)點(diǎn)包括設(shè)備層節(jié)點(diǎn)，各個(gè)分布式光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器等設(shè)備控制器；微網(wǎng)層節(jié)點(diǎn)，各個(gè)微網(wǎng)的中央控制器；區(qū)域?qū)庸?jié)點(diǎn)，區(qū)域調(diào)度中心或主控制器；

74、通過(guò)一致性算法，各控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量xi逐步收斂至一致值，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)又g的信息同步，其中xi代表各層的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)i的狀態(tài)變化率取決于與鄰居節(jié)點(diǎn)j的狀態(tài)差異，通過(guò)持續(xù)的信息交換，最終所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)趨于一致。

75、為提高收斂速度，引入加權(quán)一致性算法：

76、

77、式中，wij為為節(jié)點(diǎn)i和j之間的通信權(quán)重系數(shù)，0≤wij≤1；ui為節(jié)點(diǎn)i的外部輸入信號(hào)，包括上級(jí)控制指令、參考值；為節(jié)點(diǎn)i的狀態(tài)變化率，表示狀態(tài)隨時(shí)間的變化速度；i為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的索引號(hào)，包括設(shè)備、微網(wǎng)或區(qū)域控制器編號(hào)；j為鄰居節(jié)點(diǎn)的索引號(hào)；ni為節(jié)點(diǎn)i的鄰居集合，具體為與節(jié)點(diǎn)i直接通信的其他節(jié)點(diǎn)；xi為節(jié)點(diǎn)i的當(dāng)前狀態(tài)變量，包括電壓、頻率、功率；xj為鄰居節(jié)點(diǎn)j的狀態(tài)變量。

78、層間信息傳遞采用事件觸發(fā)機(jī)制，減少通信負(fù)擔(dān)，事件觸發(fā)條件設(shè)計(jì)為：

79、|ei(t)|≥α|xi(t)|+β

80、式中，ei(t)為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻的測(cè)量誤差；xi(t)為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻的實(shí)際狀態(tài)變量，包括電壓、功率；α、β為觸發(fā)閾值參數(shù)。

81、不同于傳統(tǒng)的周期性通信，事件觸發(fā)機(jī)制只在"需要時(shí)"才進(jìn)行通信和控制更新。

82、觸發(fā)條件設(shè)計(jì)：

83、事件觸發(fā)機(jī)制通過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)量誤差ei(t)與狀態(tài)變量xi(t)的比值，當(dāng)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)，有效減少不必要的通信，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。

84、工作流程：

85、1)連續(xù)監(jiān)測(cè)：各節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)變量和估計(jì)誤差

86、2)條件判斷：實(shí)時(shí)計(jì)算是否滿足觸發(fā)條件

87、3)事件觸發(fā)：滿足條件時(shí)立即發(fā)送數(shù)據(jù)或更新控制

88、4)狀態(tài)重置：觸發(fā)后重置誤差累積，開(kāi)始新的監(jiān)測(cè)周期

89、應(yīng)用場(chǎng)景包括：

90、設(shè)備層：逆變器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，只在電壓、電流顯著變化時(shí)上報(bào)

91、微網(wǎng)層：功率平衡監(jiān)測(cè)，只在功率不平衡超過(guò)閾值時(shí)調(diào)整

92、區(qū)域?qū)樱何⒕W(wǎng)間協(xié)調(diào)，只在需要重新分配功率時(shí)通信

93、這種機(jī)制適合分布式光伏系統(tǒng)，因?yàn)楣庹蘸拓?fù)荷變化具有一定的緩慢性和可預(yù)測(cè)性，不需要高頻的連續(xù)通信。

94、步驟s3當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的自愈控制策略，保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；

95、通信故障檢測(cè)采用基于時(shí)間戳的方法：

96、

97、式中，tfault為通信故障標(biāo)志，tcurrent為當(dāng)前時(shí)間，tlast為最后接收數(shù)據(jù)時(shí)間，tthreshold為故障判斷閾值；

98、檢測(cè)流程：

99、1)時(shí)間戳記錄：每收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，記錄接收時(shí)間tlast

100、2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)時(shí)鐘提供當(dāng)前時(shí)間tcurrent

101、3)超時(shí)判斷：計(jì)算時(shí)間差值并與閾值tthreshold比較

102、4)故障確認(rèn)：超時(shí)則判斷為通信故障

103、還包括多層次故障檢測(cè)機(jī)制，包括設(shè)備級(jí)故障檢測(cè)、微網(wǎng)級(jí)故障檢測(cè)和區(qū)域級(jí)故障檢測(cè)；

104、設(shè)備級(jí)故障檢測(cè)采用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制方法：

105、t2＝(x-μ)ts-1(x-μ)

106、式中，μ為歷史正常運(yùn)行數(shù)據(jù)的均值向量，s為歷史正常運(yùn)行數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；t2為霍特林t2統(tǒng)計(jì)量，用于多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制；x為當(dāng)前觀測(cè)的狀態(tài)向量，包含電壓、電流、溫度，s-1為協(xié)方差矩陣的逆矩陣，為矩陣轉(zhuǎn)置符號(hào)；

107、故障檢測(cè)閾值為：

108、

109、式中，m為樣本數(shù)量，p為變量維數(shù)，b為貝塔函數(shù)；

110、微網(wǎng)級(jí)故障檢測(cè)基于殘差分析：

111、

112、式中，y(k)為實(shí)際輸出，為預(yù)測(cè)輸出；

113、自愈控制采用分層遞進(jìn)策略，優(yōu)先級(jí)別為：設(shè)備級(jí)自愈、微網(wǎng)級(jí)重構(gòu)、區(qū)域級(jí)協(xié)調(diào)。

114、其中設(shè)備級(jí)自愈采用故障隔離和備用設(shè)備投入；微網(wǎng)級(jí)重構(gòu)通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)繞過(guò)故障區(qū)域；區(qū)域級(jí)協(xié)調(diào)通過(guò)重新分配各微網(wǎng)功率實(shí)現(xiàn)整體平衡。

115、步驟s5系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益：

116、通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)j，得到最優(yōu)的功率分配方案和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，生成具體的控制指令包括：各光伏設(shè)備的功率參考值、儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率、微網(wǎng)間功率交換指令；

117、

118、式中，cgrid(t)為購(gòu)電成本，cmaint(t)為維護(hù)成本，cemiss(t)為碳排放成本，rsell(t)為售電收入。

119、其中購(gòu)電成本計(jì)算公式為：

120、

121、式中，cgrid(t)為t時(shí)刻的購(gòu)電成本(元)，為購(gòu)電功率，πbuy(t)為購(gòu)電電價(jià)，δt為時(shí)間步長(zhǎng)(小時(shí))。

122、其中碳排放成本計(jì)算為：

123、

124、式中，為碳排放因子，πcarbon為碳價(jià)格，為購(gòu)電功率，δt為時(shí)間步長(zhǎng)(小時(shí))。

125、全過(guò)程中采用魯棒模型預(yù)測(cè)控制方法處理不確定性，不確定性因素貫穿整個(gè)分層協(xié)調(diào)控制過(guò)程，通過(guò)魯棒控制方法在各個(gè)步驟中進(jìn)行統(tǒng)一處理和補(bǔ)償，不確定性模型建立為：

126、x(k+1)＝ax(k)+bu(k)+w(k)

127、式中，x(k+1)為k+1時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量，w(k)為有界擾動(dòng)，x(k)為k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量，包括電壓、電流、功率，a為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，用于描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性；b為控制輸入矩陣，用于描述控制作用；u(k)為k時(shí)刻的控制輸入向量；w(k)為k時(shí)刻的有界擾動(dòng)向量，代表各種不確定性因素，k為離散時(shí)間步長(zhǎng)索引；

128、魯棒控制的管狀不變集定義為：

129、

130、式中，x為狀態(tài)約束集，u為控制約束集，k為反饋增益矩陣。不確定性下的優(yōu)化問(wèn)題表述為：

131、minumaxw∈w?j(x,u,w)

132、式中，u為控制決策變量，w為不確定性參數(shù)，w為不確定性參數(shù)的約束集合；j(x,u,w)為在不確定性w下的目標(biāo)函數(shù)值。

133、這種min-max表述意味著尋找最壞情況下的最優(yōu)控制策略，保證系統(tǒng)的魯棒性。

134、采用場(chǎng)景樹(shù)方法處理隨機(jī)性不確定性：

135、

136、式中，ωi為第i個(gè)場(chǎng)景，為t時(shí)刻第i個(gè)場(chǎng)景的隨機(jī)變量實(shí)現(xiàn)。

137、場(chǎng)景樹(shù)方法通過(guò)構(gòu)建多個(gè)可能的未來(lái)場(chǎng)景，每個(gè)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)不同的光照和負(fù)荷組合，系統(tǒng)對(duì)所有場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化求解，選擇最魯棒的控制策略。

138、系統(tǒng)不確定性包括外部環(huán)境不確定性、設(shè)備參數(shù)不確定性、測(cè)量不確定性，其中外部環(huán)境不確定性包括光照強(qiáng)度變化：云層遮擋、天氣變化，溫度波動(dòng)：影響光伏發(fā)電效率，負(fù)荷隨機(jī)性：用戶用電行為的不可預(yù)測(cè)性；

139、設(shè)備參數(shù)不確定性包括光伏板老化：效率逐漸下降，逆變器參數(shù)漂移：長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致的參數(shù)變化，線路阻抗變化：溫度、負(fù)荷影響線路參數(shù)；

140、測(cè)量不確定性包括傳感器誤差：測(cè)量精度限制，通信延遲：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間不確定性，量化誤差：a/d轉(zhuǎn)換精度限制；

141、該分布式光伏分層協(xié)調(diào)控制方法以“三層架構(gòu)為核心、閉環(huán)優(yōu)化為邏輯、多策略協(xié)同為支撐”，通過(guò)設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域?qū)拥姆謱庸芸嘏c信息交互，實(shí)現(xiàn)分布式光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、故障自愈與經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)化，具體機(jī)理如下：首先，系統(tǒng)以三層控制架構(gòu)為基礎(chǔ)框架：設(shè)備層聚焦單個(gè)分布式光伏設(shè)備的本地精準(zhǔn)控制，通過(guò)改進(jìn)擾動(dòng)觀察法，引入自適應(yīng)步長(zhǎng)調(diào)整機(jī)制，依據(jù)功率-電壓曲線斜率動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓擾動(dòng)量實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(mppt)，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，通過(guò)目標(biāo)功率因數(shù)反推無(wú)功功率需求，為上層控制提供穩(wěn)定的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；微網(wǎng)層以協(xié)調(diào)微網(wǎng)內(nèi)電源與負(fù)荷平衡為目標(biāo)，基于模型預(yù)測(cè)控制(mpc)構(gòu)建多時(shí)間尺度優(yōu)化模型，通過(guò)二次型目標(biāo)函數(shù)權(quán)衡狀態(tài)偏差與控制動(dòng)作代價(jià)優(yōu)化功率分配，并依托狀態(tài)機(jī)切換策略，根據(jù)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)、剩余功率等參數(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電管控，維持微網(wǎng)內(nèi)電壓穩(wěn)定與功率平衡；區(qū)域?qū)觿t從全局視角統(tǒng)籌多微網(wǎng)協(xié)調(diào)，通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，融合運(yùn)行成本、網(wǎng)損、碳排放與拉格朗日對(duì)偶分解算法，將全局問(wèn)題拆解為微網(wǎng)子問(wèn)題并行求解，結(jié)合組合負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)間功率交換的最優(yōu)分配，兼顧系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境效益。

142、其次，系統(tǒng)通過(guò)全流程數(shù)據(jù)交互與閉環(huán)控制保障可靠性：實(shí)時(shí)采集各層級(jí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)濾波、異常值剔除預(yù)處理后輸入三層架構(gòu)；依托分布式一致性算法，含加權(quán)改進(jìn)與事件觸發(fā)機(jī)制，僅在狀態(tài)誤差超閾值時(shí)通信實(shí)現(xiàn)層間信息同步，減少網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)擔(dān)；同時(shí)構(gòu)建“設(shè)備級(jí)-微網(wǎng)級(jí)-區(qū)域級(jí)”多層次故障檢測(cè)機(jī)制——設(shè)備級(jí)通過(guò)霍特林t2統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測(cè)電壓、電流等多變量狀態(tài)，微網(wǎng)級(jí)基于殘差分析對(duì)比實(shí)際與預(yù)測(cè)輸出識(shí)別異常，通信故障通過(guò)時(shí)間戳超時(shí)判斷，一旦檢測(cè)到故障，立即啟動(dòng)分層遞進(jìn)自愈策略，優(yōu)先設(shè)備故障隔離與備用投入，再進(jìn)行微網(wǎng)拓?fù)渲貥?gòu)，最后區(qū)域?qū)庸β手胤峙?，保障系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。

143、最后，系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化：先對(duì)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，不穩(wěn)定電壓通過(guò)分層控制，設(shè)備層下垂控制、微網(wǎng)層二次控制消除穩(wěn)態(tài)誤差、區(qū)域?qū)庸β式粨Q優(yōu)化恢復(fù)穩(wěn)定；穩(wěn)定電壓則進(jìn)入經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)化環(huán)節(jié)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)，綜合購(gòu)電成本、維護(hù)成本、碳排放成本與售電收入，明確購(gòu)電、碳排放成本的量化計(jì)算方式求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，輸出設(shè)備層mppt參數(shù)、微網(wǎng)層功率分配指令等最優(yōu)控制參數(shù)；同時(shí)，系統(tǒng)引入負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)控制指令執(zhí)行效果進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)測(cè)電壓偏差、功率跟蹤誤差等指標(biāo)，將偏差數(shù)據(jù)反向反饋至各層架構(gòu)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，形成閉環(huán)優(yōu)化，且通過(guò)魯棒模型預(yù)測(cè)控制構(gòu)建管狀不變集、采用場(chǎng)景樹(shù)方法處理光照波動(dòng)、設(shè)備老化、測(cè)量誤差等不確定性，確?？刂撇呗缘聂敯粜?，最終實(shí)現(xiàn)分布式光伏系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

144、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

145、1、構(gòu)建了完整的三層控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)備級(jí)到區(qū)域級(jí)的全方位協(xié)調(diào)控制，有效解決了分布式光伏大規(guī)模接入帶來(lái)的控制復(fù)雜性問(wèn)題，通過(guò)分層分布式控制，系統(tǒng)能夠在保證局部最優(yōu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全局協(xié)調(diào)，顯著提高了控制效果。

146、2、設(shè)計(jì)了高效的信息傳遞和協(xié)調(diào)機(jī)制，采用分布式一致性算法和事件觸發(fā)機(jī)制，在保證控制性能的同時(shí)大幅降低了通信負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)性顯著降低，提高了系統(tǒng)的自治能力和可靠性。

147、3、建立了多目標(biāo)優(yōu)化模型，統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和環(huán)保性等多重目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的綜合最優(yōu)運(yùn)行。通過(guò)智能化的協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)運(yùn)行成本降低18.6％，碳排放減少25.2％，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

148、4、采用魯棒控制方法有效處理了各種不確定性因素，顯著提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和適應(yīng)性，在光照變化、負(fù)荷波動(dòng)等不確定性條件下，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，電壓偏差控制在1.3％以?xún)?nèi)。

149、5、設(shè)計(jì)了完善的故障檢測(cè)和自愈機(jī)制，系統(tǒng)具備快速故障檢測(cè)、隔離和恢復(fù)能力，在各類(lèi)故障場(chǎng)景下，系統(tǒng)能夠在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成故障處理，保障了系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。