Incremental Cost Based Hierarchical Distributed Control Strategy for AC/DC Hybrid Microgrid

YANG Fan; CAO Jiuzhou; YE Lingyue; LI Dongdong; LIN Shunfu; ZHAO Yao; SHEN Yunwei

doi:10.7500/AEPS20231220005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Incremental Cost Based Hierarchical Distributed Control Strategy for AC/DC Hybrid Microgrid

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Incremental Cost Based Hierarchical Distributed Control Strategy for AC/DC Hybrid Microgrid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 18, Pages: 199-207(2024)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市200090
  2.国网浙江省电力有限公司温岭市供电公司，浙江省台州市 317500
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377111);Shanghai Young Scientific and Technological Talents Sailing Program(21YF1414700);“Chen Guang” Project supported by Shanghai Municipal Education Commission and Shanghai Education Development Foundation(21CGA64)
- DOI：10.7500/AEPS20231220005
  CLC：
- Received：20 December 2023，
  
  Revised：2024-01-23，
  
  Published Online：14 June 2024，
  
  Published：25 September 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
杨帆,曹九宙,叶灵玥等.基于增量成本的交直流混合微电网分级分布式控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(18):199-207.

YANG Fan,CAO Jiuzhou,YE Lingyue,et al.Incremental Cost Based Hierarchical Distributed Control Strategy for AC/DC Hybrid Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):199-207.
杨帆,曹九宙,叶灵玥等.基于增量成本的交直流混合微电网分级分布式控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(18):199-207. DOI： 10.7500/AEPS20231220005.

YANG Fan,CAO Jiuzhou,YE Lingyue,et al.Incremental Cost Based Hierarchical Distributed Control Strategy for AC/DC Hybrid Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):199-207. DOI： 10.7500/AEPS20231220005.

摘要

由于交直流混合微电网中分布式电源的成本各异，按照容量比例分配功率的下垂控制易造成系统成本较高，文中提出基于增量成本的下垂控制。为进一步解决线路阻抗不匹配对功率分配精度的影响，充分考虑微电网的经济运行，提出基于一致性算法的分级分布式控制策略。该控制策略分为子网级控制与系统级经济控制。子网级控制在基于增量成本的下垂控制中引入频率/电压二次控制项和成本二次控制项，恢复交流频率与直流电压，同时实现子网之间的分布式电源的经济功率分配。在系统级经济控制中引入“相对频率指数”与“相对电压指数”，构造双向互联变流器的本地控制策略，并进一步引入基于一致性算法的功率二次控制项，实现各分布式电源增量成本一致，从而达到系统全局最优的经济运行。最后，对交直流混合微电网模型进行仿真，验证了所提控制策略的有效性。

Abstract

Due to the varying costs of distributed generators in the AC/DC hybrid microgrids

it tends to cause higher system costs with the droop control that distributes power according to the capacity ratio. A droop control based on incremental costs is proposed to address this issue. To further eliminate the impact of mismatched line impedances on the power distribution accuracy and fully consider the economic operation of the microgrid

this paper proposes a hierarchical distributed control strategy based on the consensus algorithm. This control strategy is divided into the subnetwork-level control and system-level economic control. The subnetwork-level control introduces the frequency/voltage secondary control term and cost secondary control term in the incremental cost based droop control to restore the AC frequency and DC voltage

and realizes the economic power distribution of distributed generators among the subnetworks at the same time. In the system-level economic control

the “relative frequency index” and “relative voltage index” are introduced to construct the local control strategy of the bi-directional interconnected converter. The power secondary control term based on the consensus algorithm is further introduced to realize the consistent incremental cost across distributed generators

so as to achieve the globally optimal economic operation of the system. Finally

the simulation of the AC/DC hybrid microgrid model is carried out to verify the effectiveness of the proposed control strategy.

关键词

Keywords

references

王新宝，葛景，韩连山，等 . 构网型储能支撑新型电力系统建设的思考与实践［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

WANG Xinbao ， GE Jing ， HAN Lianshan ， et al . Theory and practice of grid-forming BESS supporting the construction of a new type of power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 5 ）： 172 - 179 .

吴振华，边晓燕，周波，等 . 计及信息-能量耦合节点重要度的主动配电网灾后孤岛划分方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 2 ）： 74 - 81 .

WU Zhenhua ， BIAN Xiaoyan ， ZHOU Bo ， et al . Island partition method of active distribution network after disaster considering importance of information-energy coupling nodes ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 2 ）： 74 - 81 .

陈池瑶，苗世洪，姚福星，等 . 基于多智能体算法的多微电网-配电网分层协同调度策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 57 - 65 .

CHEN Chiyao ， MIAO Shihong ， YAO Fuxing ， et al . Hierarchical cooperative dispatching strategy of multi-microgrid and distribution networks based on multi-agent algorithm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 57 - 65 .

郑重，苗世洪，李超，等 . 面向微型能源互联网接入的交直流配电网协同优化调度策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 1 ）： 192 - 207 .

ZHENG Zhong ， MIAO Shihong ， LI Chao ， et al . Coordinated optimal dispatching strategy of AC/DC distribution network for the integration of micro energy Internet ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 192 - 207 .

ESPINA E ， CÁRDENAS-DOBSON R J ， SIMPSON-PORCO J W ， et al . A consensus-based distributed secondary control optimization strategy for hybrid microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 6 ）： 4242 - 4255 .

米阳，宋根新，宋元元，等 . 孤岛交直流混合微电网群多级功率管理策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 38 - 45 .

MI Yang ， SONG Genxin ， SONG Yuanyuan ， et al . Strategy of multi-level power management for islanded AC/DC hybrid microgrid cluster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 38 - 45 .

王浩，聂晶莹，李斌，等 . 电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 16 ）： 94 - 103 .

WANG Hao ， NIE Jingying ， LI Bin ， et al . Fractional order sliding mode control strategy of AC/DC hybrid microgrid interconnection interface converter under grid voltage imbalance ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 16 ）： 94 - 103 .

NUTKANI I U ， LOH P C ， WANG P ， et al . Cost-prioritized droop schemes for autonomous AC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 1109 - 1119 .

NUTKANI I U ， LOH P C ， WANG P ， et al . Linear decentralized power sharing schemes for economic operation of AC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 1 ）： 225 - 234 .

XIN H H ， ZHAO R ， ZHANG L Q ， et al . A decentralized hierarchical control structure and self-optimizing control strategy for F-P type DGs in islanded microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 3 - 5 .

YANG P C ， YU M ， WU Q W ， et al . Decentralized economic operation control for hybrid AC/DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1898 - 1910 .

XU Q W ， XIAO J F ， WANG P ， et al . A decentralized control strategy for economic operation of autonomous AC， DC， and hybrid AC/DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 1345 - 1355 .

刘琼，王文，范必双，等 . 计及线路阻抗与负荷影响的不平衡配电网电压消弧方法［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 7 ）： 24 - 31 .

LIU Qiong ， WANG Wen ， FAN Bishuang ， et al . Voltage-type arc suppression method for an unbalanced distribution network considering the influence of line impedance and load ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 7 ）： 24 - 31 .

何晋伟，王坤放，王瑞琪，等 . 电流源-电压源变流器混合并联独立供电系统的分布式功率控制［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 23 ）： 12 - 22 .

HE Jinwei ， WANG Kunfang ， WANG Ruiqi ， et al . Distributed power control for hybrid parallel independent power supply system with current source and voltage source converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 23 ）： 12 - 22 .

吕振宇，吴在军，窦晓波，等 . 自治直流微电网分布式经济下垂控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 4 ）： 900 - 910 .

LÜ Zhenyu ， WU Zaijun ， DOU Xiaobo ， et al . A distributed droop control scheme for islanded DC microgrid considering operation costs ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 4 ）： 900 - 910 .

JAIN D ， SAXENA D . Comprehensive review on control schemes and stability investigation of hybrid AC-DC microgrid ［J］. Electric Power Systems Research ， 2023 ， 218 ： 109182 .

YANG J J ， GUENTER S ， BUTICCHI G ， et al . Identification and stabilization of constant power loads in AC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2024 ， 71 （ 2 ）： 1665 - 1674 .

高扬，艾芊，王靖 . 多智能体系统的交直流混合微网群一致性协同控制［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2372 - 2377 .

GAO Yang ， AI Qian ， WANG Jing . Consensus cooperative control of AC/DC hybrid microgrids based on multi-agent system ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2372 - 2377 .

LI Z W ， CHENG Z P ， SI J K ， et al . Distributed event-triggered hierarchical control to improve economic operation of hybrid AC/DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 3653 - 3668 .

LI X K ， DONG C Y ， JIANG W T ， et al . Distributed dynamic event-triggered power management strategy for global economic operation in high-power hybrid AC/DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1830 - 1842 .

杨炜晨，苗世洪，张世旭，等 . 交直流混合微电网群分布式自治经济控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 3 ）： 857 - 868 .

YANG Weichen ， MIAO Shihong ， ZHANG Shixu ， et al . Distributed autonomous economic control strategy for AC/DC hybrid microgrid cluster ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 857 - 868 .

王玉庆，徐飞，刘志坚，等 . 基于动态关联表征与图网络建模的分布式光伏超短期功率预测［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 72 - 82 .

WANG Yuqing ， XU Fei ， LIU Zhijian ， et al . Ultra-short-term power forecasting of distributed photovoltaic based on dynamic correlation characterization and graph network modeling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 72 - 82 .

王强强，姚良忠，盛万兴，等 . 基于机会约束规划的配电网分布式光伏承载力提升方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 18 ）： 132 - 141 .

WANG Qiangqiang ， YAO Liangzhong ， SHENG Wanxing ， et al . Enhancement method for distributed photovoltaic hosting capacity of distribution network based on chance-constrained programming ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 18 ）： 132 - 141 .

米阳，宋根新，蔡杭谊，等 . 基于分段下垂的交直流混合微电网自主协调控制［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3941 - 3950 .

MI Yang ， SONG Genxin ， CAI Hangyi ， et al . Autonomous coordinated control of hybrid AC/DC microgrids based on segmented droop ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3941 - 3950 .

YANG F ， YE L Y ， MUYEEN S M ， et al . Power management for hybrid AC/DC microgrid with multi-mode subgrid based on incremental costs ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 138 ： 107887 .

潘御钦，耿光超，江全元 . 基于一致性算法的柔性多状态开关集群控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 6 ）： 101 - 109 .

PAN Yuqin ， GENG Guangchao ， JIANG Quanyuan . Consistency algorithm based control strategy for soft open point cluster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 101 - 109 .

LI H Y ， HUI H X ， ZHANG H C . Decentralized energy management of microgrid based on blockchain-empowered consensus algorithm with collusion prevention ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2023 ， 14 （ 4 ）： 2260 - 2273 .

LIN P F ， JIN C ， XIAO J F ， et al . A distributed control architecture for global system economic operation in autonomous hybrid AC/DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 2603 - 2617 .

NUTKANI I U ， LOH P C ， BLAABJERG F . Droop scheme with consideration of operating costs ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 3 ）： 1047 - 1052 .

LI Z W ， ZANG C Z ， ZENG P ， et al . Fully distributed hierarchical control of parallel grid-supporting inverters in islanded AC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2018 ， 14 （ 2 ）： 679 - 690 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Synchronous Measurement Data-driven Classification Method for Disturbance Sources in Distribution Networks

Anti-islanding Protection Method Based on Magnitude Ratio of Inspection Signal to Power Frequency Voltage

Time-domain Waveform Based Adaptive Current Differential Protection for Active Distribution Networks

Related Author

CHEN Zhilin

LIU Hao

BI Tianshu

XU Huabo

CHEN Yu

XU Bingyin

ZHAO Ruifeng

LIU Yiming

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

School of Electrical and Electronic Engineering, Shandong University of Technology

Electric Power Dispatch and Control Center, Guangdong Power Grid Co., Ltd.

School of Intelligent Manufacturing, Zibo Vocational Institute

School of Electrical Engineering, Shandong University

⁰