Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification

Xiangzhen YANG; Qiuqiang YANG; Yan DU; Yong SHI

doi:10.7500/AEPS20201007003

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Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 20, Pages: 121-130(2021)
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
  2.教育部光伏系统工程研究中心，安徽省合肥市 230009
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51907045);Anhui Provincial Natural Science Foundation of China(1908085QE238)
- DOI：10.7500/AEPS20201007003
  CLC：
- Received：07 October 2020，
  
  Revised：2021-05-08，
  
  Published Online：11 August 2021，
  
  Published：25 October 2021
- 稿件说明：
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杨向真,杨秋强,杜燕等.采用自适应在线模型辨识的微电网二次调频策略[J].电力系统自动化,2021,45(20):121-130.

YANG Xiangzhen,YANG Qiuqiang,DU Yan,et al.Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(20):121-130.
杨向真,杨秋强,杜燕等.采用自适应在线模型辨识的微电网二次调频策略[J].电力系统自动化,2021,45(20):121-130. DOI： 10.7500/AEPS20201007003.

YANG Xiangzhen,YANG Qiuqiang,DU Yan,et al.Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(20):121-130. DOI： 10.7500/AEPS20201007003.

摘要

各种模型未知的商业变流器的接入、供电及负荷设备的频繁投切以及网络结构的变化导致微电网系统模型具有不确定性和时变性的特点。针对基于传统比例-积分控制和采用参数化预测模型的模型预测控制等微电网二次调频策略存在的系统机理建模复杂、在线更新困难、定阶非机理建模难以适应全工况建模需求以及参数化预测模型求解复杂等问题，提出了基于自适应在线模型辨识的动态矩阵控制（DMC）二次调频策略。该策略由两部分构成：第1部分为自适应模型辨识，该部分将赤池信息准则模型阶次寻优方法和遗忘因子递推最小二乘法结合起来，实现对微电网等值最优模型的辨识；在第2部分DMC二次频率调节策略中，利用已获取的微电网等值最优模型来实时更新DMC二次调频算法的预测模型，通过滚动优化控制快速恢复系统频率。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台搭建微电网仿真算例，验证了所提辨识方法和频率控制策略的正确性和有效性。

Abstract

Due to the access of commercial converters with various unknown models

the frequent switching of power supply and load equipment

and the changes in network structure

the microgrid system model has the characteristics of uncertainty and time-varying. The secondary frequency regulation for microgrid based on traditional proportional-integral (PI) control and model predictive control with parameterized prediction model has the problems such as the complexity of system mechanism modeling

the difficulty in online updating

the difficulty in fixed-order non-mechanical modeling to meet the modeling requirements of full working conditions and the complexity of solving the parameterized prediction model. In order to solve the above problems

a secondary frequency regulation strategy with dynamic matrix control (DMC) based on adaptive online model identification is proposed. The strategy consists of two parts. The first part is the adaptive model identification which combines the order optimization method based on Akaike information criterion (AIC) and the forgetting factor recursive least squares method to realize the optimal equivalent model identification of the microgrid. In the second part

the secondary frequency regulation strategy with DMC uses the obtained optimal equivalent model of the microgrid to update the predictive model of the DMC second frequency regulation algorithm in real time

and quickly recovers the system frequency through rolling optimization control. Finally

a simulation example of the microgrid built on the MATLAB/Simulink platform shows the correctness and effectiveness of the proposed identification method and the frequency control strategy.

关键词

Keywords

references

梁英，盛万兴，钟庆昌，等 . 基于同步逆变器的微电网二次调频策略及特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 391 - 403 .

LIANG Ying ， SHENG Wanxing ， ZHONG Qingchang ， et al . Secondary frequency regulation strategies and characteristic analysis of synchronverter-based microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 391 - 403 .

刘其辉，逯胜建 . 参与微电网调频的电动汽车虚拟同步机充放电控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 171 - 179 .

LIU Qihui ， LU Shengjian . Charging and discharging control strategy based on virtual synchronous machine for electrical vehicles participating in frequency regulation of microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 171 - 179 .

于鸿儒，苏建徽，徐华电，等 . 并网逆变器虚拟惯性与阻尼的等效及辨识［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 20 ）： 6034 - 6043 .

YU Hongru ， SU Jianhui ， XU Huadian ， et al . Equivalent and identification of virtual inertia and damping of grid-connected inverter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 20 ）： 6034 - 6043 .

芦思晨，潘再平 . 无储能风电微网系统的下垂控制策略［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 18 ）： 169 - 175 .

LU Sichen ， PAN Zaiping . Droop control strategy of wind power microgrid system without energy storage device ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 18 ）： 169 - 175 .

杨向真，苏建徽，丁明，等 . 微电网孤岛运行时的频率控制策略［J］. 电网技术， 2010 ， 34 （ 1 ）： 164 - 168 .

YANG Xiangzhen ， SU Jianhui ， DING Ming ， et al . Research on frequency control for microgrid in islanded operation ［J］. Power System Technology ， 2010 ， 34 （ 1 ）： 164 - 168 .

颜湘武，王星海，王月茹 . 微电网的新型无差调频控制方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 21 ）： 1 - 6 .

YAN Xiangwu ， WANG Xinghai ， WANG Yueru ， et al . Research on novel zero-error frequency regulation control method for microgrid ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 21 ）： 1 - 6 .

于国星，侯睿，汪任潇，等 . 孤岛微网分层分布式频率调节及功率优化控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 53 - 60 .

YU Guoxing ， HOU Rui ， WANG Renxiao ， et al . Hierarchical distributed frequency regulation and power optimization control for islanded microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 53 - 60 .

WU X ， SHEN C ， IRAVANI R . A distributed cooperative frequency and voltage control for microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 2764 - 2776 .

蔡鹏程，文传博 . 基于比率一致性算法的孤岛微电网分布式二次频率控制［J］. 太阳能学报， 2020 ， 41 （ 10 ）： 74 - 81 .

CAI Pengcheng ， WEN Chuanbo . Secondary frequency control of islanded microgrids based on ratio consensue algorithm ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2020 ， 41 （ 10 ）： 74 - 81 .

SIMPSON-PORCO J W ， SHAFIEE Q ， DORFLER F ， et al . Secondary frequency and voltage control of islanded microgrids via distributed averaging ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 11 ）： 7025 - 7038 .

吕振宇，苏晨，吴在军，等 . 孤岛型微电网分布式二次调节策略及通信拓扑优化［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 6 ）： 209 - 219 .

LÜ Zhenyu ， SU Chen ， WU Zaijun ， et al . Distributed secondary control strategy and its communication topology optimization for islanded microgrid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 209 - 219 .

涂春鸣，杨义，兰征，等 . 含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 10 ）： 2186 - 2195 .

TU Chunming ， YANG Yi ， LAN Zheng ， et al . Secondary frequency regulation strategy in microgrid based on VSG ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 10 ）： 2186 - 2195 .

李得民，吴在军，赵波，等 . 基于模型预测控制的孤岛微电网二次调节策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 10 ）： 60 - 67 .

LI Deming ， WU Zaijun ， ZHAO Bo ， et al . Secondary regulation for islanded microgrid based on model predictive control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 60 - 67 .

郭蕾，苏建徽，施永 . 微网孤岛运行模式下的调频控制策略［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 8 ）： 110 - 115 .

GUO Lei ， SU Jianhui ， SHI Yong . Frequency regulation control strategy for microgrid in island mode ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 8 ）： 110 - 115 .

华嘉成 . 微网外特性建模与微网特征向量的研究及应用［D］. 上海：上海交通大学， 2015 .

HUA Jiacheng . Research and application of microgrid external characteristic modeling and microgrid feature vector ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2015 .

ZAKER B ， GHAREHPETIAN G B ， KARRARI M . A novel measurement-based dynamic equivalent model of grid-connected microgrids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2019 ， 15 （ 4 ）： 2032 - 2043 .

罗琴琴，苏建徽，林志光，等 . 基于递推最小二乘法的虚拟同步发电机参数辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 1 ）： 215 - 221 .

LUO Qinqin ， SU Jianhui ， LIN Zhiguang ， et al . Parameter identification method for virtual synchronous generators based on recursive least squares algorithm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 215 - 221 .

PAPADOPOULOS P N ， PAPADOPOULOS T A ， CROLLA P ， et al . Black-box dynamic equivalent model for microgrids using measurement data ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2014 ， 8 （ 5 ）： 851 - 861 .

PAPADOPOULOS P N ， PAPADOPOULOS T A ， CROLLA P ， et al . Measurement-based analysis of the dynamic performance of microgrids using system identification techniques ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2015 ， 9 （ 1 ）： 90 - 103 .

施永，徐冬，于鸿儒，等 . 基于系统辨识建模的微网二次电压频率控制器参数设计方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 89 - 97 .

SHI Yong ， XU Dong ， YU Hongru ， et al . Parameter design method of secondary voltage and frequency regulation controller in microgrid based on system identification modeling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 89 - 97 .

徐诚，刘念，赵泓，等 . 基于电力系统二次调频原理的微电源频率控制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2013 ， 41 （ 3 ）： 14 - 20 .

XU Cheng ， LIU Nian ， ZHAO Hong ， et al . A novel frequency control strategy of microgrid based on the secondary frequency regulation of power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2013 ， 41 （ 3 ）： 14 - 20 .

陈来军，王任，郑天文，等 . 改善独立微网频率动态特性的虚拟同步发电机模型预测控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 3 ）： 40 - 47 .

CHEN Laijun ， WANG Ren ， ZHENG Tianwen ， et al . Model predictive control of virtual synchronous generator to improve dynamic characteristic of frequency for isolated microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 3 ）： 40 - 47 .

李承昱，许建中，赵成勇，等 . 基于虚拟同步发电机控制的VSC类同调等值方法［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 13 ）： 111 - 119 .

LI Chengyu ， XU Jianzhong ， ZHAO Chengyong ， et al . Coherency equivalence method for voltage source converter based on virtual synchronous generator ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 13 ）： 111 - 119 .

张宝珍 . 大规模电力系统动态等值方法及相关问题研究［D］. 广州：华南理工大学， 2013 .

ZHANG Baozhen . study on dynamic equivalence method and related technology for large scale power systems ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2013 .

王琳，马平 . 系统辨识方法综述［J］. 电力情报， 2001 ， 17 （ 4 ）： 63 - 66 .

WANG Lin ， MA Ping . Review on methods of system identification ［J］. Information on Electric Power ， 2001 ， 17 （ 4 ）： 63 - 66 .

萧德云 . 系统辨识理论及应用［M］. 北京：清华大学出版社， 2014 .

XIAO Deyun . Theory of system identification with application ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2014 .

席裕庚 . 预测控制［M］. 2版 . 北京：国防工业出版社， 2013 .

XI Yugeng . Predictive control ［M］. 2nd ed . Beijing ： National Defense Industry Press ， 2013 .

赵庆岩，黎杰，吴顺，等 . 基于遗传算法优化的机械臂动态矩阵预测控制［J］. 郑州大学学报（工学版）， 2020 ， 41 （ 1 ）： 32 - 37 .

ZHAO Qingyan ， LI Jie ， WU Shun ， et al . Dynamic matrix predictive control of manipulators based on genetic algorithms ［J］. Journal of Zhengzhou University （Engineering Science）， 2020 ， 41 （ 1 ）： 32 - 37 .

吴春梅 . 现代智能优化算法的研究综述［J］. 科技信息， 2012 （ 8 ）： 31 .

WU Chunmei . Research summary of modern intelligent optimization algorithm ［J］. Science & Technology Information ， 2012 （ 8 ）： 31 .

杨贵玉 . 电力系统“广域同步相量测量”中几个关键问题的研究［D］. 杭州：浙江大学， 2005 .

YANG Guiyu . Research on some key problems of wide area synchronized phasor measurements of power systems ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2005 .

陈秋莲，王成栋 . 基于Matlab遗传算法工具箱的优化计算实现［J］. 现代电子技术， 2007 ， 30 （ 2 ）： 124 - 126 .

CHENG Qiulian ， WANG Chengdong . Optimization of genetic algorithm toolbox based on Matlab ［J］. Modern Electronics Technique ， 2007 ， 30 （ 2 ）： 124 - 126 .

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