本技术涉及蓄电池储能系统控制领域，尤其涉及一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法。
背景技术：
1、微电网是指由多种发电设备、储能设备、负荷以及智能控制系统组成的小型电力系统，通常用于局部供电，它是由利用传统化石能源发电到利用可再生能源发电的能源转型趋势下的产物。针对可再生能源具有的随机性和间歇性的特点，在微电网中应用蓄电池储能系统(bess)提高微电网的电能质量与供电可靠性。
2、储能系统一般采用分级控制的方式，其中初级控制层中的下垂控制方法会造成频率与电压偏离额定值。因此，需要设计合理的次级控制方法来校正参数的偏移。同时，为了充分利用储能系统的能量容量以及防止储能系统出现过充或者过放的现象，需要设计合理的次级控制方法使储能系统的能量水平达到一致。次级控制一般采用分布式控制，分布式控制是基于多智能体系统一致性控制理论的一种控制策略，多智能体系统通过合理的控制协议，使得各智能体的状态达到一致，将这一性质应用到储能系统的次级控制中，通常将各个储能系统看作是动态特性相同的相互通信的智能体。
3、收敛速度是多智能体系统一致性控制方法的重要指标，它是指系统达到控制目标所需要的时间，反映了控制下系统的响应效率与实时性。众多学者考虑收敛速度对蓄电池储能系统的次级控制进行了广泛的研究并取得了丰硕的成果。文献ieee transactions onsmart grid,2019,10(5):4751-4761提出了蓄电池储能系统的一种有限时间次级控制方法，该方法能够使系统在有限时间内实现能量水平的一致性，消除频率和电压与其额定值的偏差，同时有功功率能够按比例分配。该方法解决了系统的收敛时间可能无穷的问题，但是其设计的有限时间的上界会与系统的初始状态耦合而不是独立的。文献in 2023ieeeinternational conference on unmanned systems(icus)2023oct 13(pp.154-159)提出了蓄电池储能系统的一种固定时间次级控制方法，该方法能够使系统在固定时间内实现能量水平、比例电流以及平均电压的一致性。该方法解决了有限时间控制方法中系统的收敛时间的上界与系统初始状态耦合的问题，其收敛时间是独立的，但是却无法在任何物理上可能的范围内预先任意设定。储能系统的收敛速度能够影响系统的稳定性，因此，设计一种合理的次级控制方法来使蓄电池储能系统能够在独立的可预先任意设定的时间内达到控制目标是很有必要的。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：为了解决现有蓄电池储能系统次级控制中的收敛时间不独立于系统初始状态以及无法在任何物理上可能的范围内预先任意设定的技术问题，提供一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法。
2、本技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、s1：设置蓄电池储能系统的分布式控制协议；
4、s2：根据蓄电池储能系统的领导者信息、每个蓄电池储能系统自身的状态及其接收到的来自邻居的状态信息，结合所述控制协议，将蓄电池储能系统的预设时间次级控制问题转化为一阶系统的稳定性问题；
5、s3：根据一阶系统的稳定性问题，构建蓄电池储能系统的预设时间次级控制的可行性条件；
6、s4：根据蓄电池储能系统的预设时间次级控制的可行性条件，选择控制增益，实现蓄电池储能系统的预设时间次级控制。
7、可选的，步骤s1包括：
8、下垂控制方程为：
9、
10、其中，ωi和vi分别是第i个蓄电池储能系统的输出角频率和输出电压幅值；和分别是输出角频率以及输出电压幅值的额定值；kpi和kqi分别是角频率以及电压幅值在下垂控制中的下垂系数；pi和qi分别是第i个蓄电池储能系统的输出有功功率和无功功率；
11、构建蓄电池储能系统的模型为：
12、
13、其中，uωi、uvi和upi分别为第i个蓄电池储能系统角频率、电压幅值和有功功率的次级控制输入；表示输出角频率额定值的导数；表示输出电压幅值额定值的导数；表示无功功率的导数。
14、可选的，步骤s1还包括：
15、考虑储能单元的异构性，在次级控制中加入对能量水平的控制，控制模型为：
16、
17、其中，为第i个蓄电池储能系统的能量水平的导数；kei为第i个蓄电池储能系统异构性的异构系数；uei为第i个蓄电池储能系统能量水平的次级控制输入；
18、采用图论方法统一表示领导者和储能系统之间的通信关系；将微电网中存在的n个蓄电池储能系统看作是一个多智能体系统，其中的每一个蓄电池储能系统都视作多智能体系统中的一个智能体；
19、用无向图g＝{v,e,a}来表示多智能体系统的通信拓扑，其中顶点集v＝{1,2,...,n}表示系统中的n个蓄电池储能系统，边集表示蓄电池储能系统之间的通信网络，a＝[aij]n×n为对应的邻接矩阵，当第i个蓄电池储能系统与第j个蓄电池储能系统之间能够通信时(i≠j)，aij＝aji＝1，否则aij＝aji＝0；
20、定义入度矩阵d＝diag{di}∈rn×n，其中diag表示一个对角矩阵，
21、定义拉普拉斯矩阵为l＝d-a；
22、考虑多智能体系统中存在一个虚拟领导者节点为蓄电池储能系统提供参考信号，定义牵制矩阵b＝diag{bi}∈rn×n，当第i个蓄电池储能系统能够接收到该节点提供的参考信号时，则bi＝1，否则bi＝0。
23、可选的，步骤s1还包括：
24、预设时间次级控制的目标，如下：
25、目标a：蓄电池储能系统的比例有功功率在时间tp内达到平均一致：其中，为蓄电池储能系统的比例有功功率，tp表示有功功率控制下系统的稳定时间；
26、目标b：其中，为的解，蓄电池储能系统的能量水平在时间内达到平均一致：其中，te表示能量水平控制下系统的稳定时间；
27、目标c：蓄电池储能系统的输出频率在时间tω内恢复到额定值：其中，ωref为系统输出频率的参考值，tω表示角频率控制下系统的稳定时间；
28、目标d：蓄电池储能系统的输出电压幅值在时间tv内恢复到额定值：其中，vref为系统输出电压幅值的参考值，tv表示电压幅值控制下系统的稳定时间；
29、设置分布式控制协议，实现蓄电池储能系统的预设时间次级控制，如下：
30、
31、其中，up＝[up1,up2,...,upn]t表示蓄电池储能系统有功功率的控制输入矩阵；ue＝[ue1,ue2,...,uen]t，表示蓄电池储能系统能量水平的控制输入矩阵；uω＝[uω1,uω2,...,uωn]t，表示蓄电池储能系统角频率的控制输入矩阵；uv＝[uv1,uv2,...,uvn]t，表示蓄电池储能系统电压幅值的控制输入矩阵；k1>0，k2>0，k3>0，k4>0；λ2(l)表示矩阵l的第2小特征值且λ2(l)>0，λ1(l+b)表示矩阵(l+b)的最小特征值且λ1(l+b)>0；l表示拉普拉斯矩阵；b表示牵制矩阵；cp、ce、cω、cv分别表示蓄电池储能系统有功功率控制输入、能量水平控制输入、角频率控制输入和电压幅值控制输入的控制增益；kp＝diag{kpi}∈rn×n表示下垂系数矩阵；hp＝[ηp1,ηp2,...,ηpn]t，表示比例有功功率偏差矩阵；he＝[ηe1,ηe2,...,ηen]t，表示能量水平偏差矩阵；hω＝[ηω1,ηω2,...,ηωn]t，表示角频率偏差矩阵；hv＝[ηv1,ηv2,...,ηvn]t表示电压幅值偏差矩阵；表示μ1、μ2、μ3、μ4的导数；
32、μ1、μ2、μ3、μ4和ηpi、ηei、ηωi、ηvi分别为：
33、
34、其中h>2；t1h、t2h、t3h、t4h分别表示t1、t2、t3、t4的h次方；t1、t2、t3、t4分别表示蓄电池储能系统有功功率、能量水平、角频率和电压幅值控制的预设时间且t1＝tp-t0、t2＝te-t0、t3＝tω-t0、t4＝tv-t0；t0、tp、te、tω、tv表示t0表示蓄电池储能系统开始预设时间次级控制的时间，tp、te、tω、tv分别表示有功功率、能量水平、角频率和电压幅值控制下系统的稳定时间；δpi、δei、δωi和δvi分别为：
35、
36、δωi＝ωi-ωref (20)
37、δvi＝vi-vref (21)
38、δpi、δei、δωi和δvi的紧凑形式为：
39、
40、δω＝ω-1n·ωref (24)
41、δv＝v-1n·vref (25)
42、其中，1n为元素均为1的n维列向量，为向量1n的转置，δp＝[δp1，δp2，...，δpn]t，δe＝[δe1，δe2，...，δen]t，δω＝[δω1，δω2，...，δωn]t，δv＝[δv1，δv2，...，δvn]t；表示比例有功功率矩阵；表示的解构成的矩阵；ω＝[ω1，ω2，...，ωn]t表示角频率矩阵；v＝[v1，v2，...，vn]t表示电压幅值矩阵；e＝[e1，e2，...，en]t，表示能量水平矩阵；有p＝[p1，p2，...，pn]t，kp；p表示有功功率矩阵；
43、考虑无向图g为连通图，且多智能体系统中至少存在一个储能系统接收到虚拟领导者提供的参考信号，有和成立；
44、对式(22)～(25)求导可得：
45、
46、其中，表示δp的导数；表示δe的导数；表示δω的导数；表示δv的导数；表示的导数；表示p的导数；表示的导数；表示ω的导数；表示v的导数。
47、可选的，步骤s2包括：
48、s21：设存在一阶系统：
49、
50、s22：根据蓄电池储能系统的领导者信息、每个蓄电池储能系统自身的状态信息、以及接收到的来自邻居蓄电池储能系统的状态信息，将蓄电池储能系统的预设时间次级控制问转化为，在公式(6)～(9)所设计的控制协议下的一阶系统式(30)～(33)的稳定性问题；
51、领导者信息包括：ωref和vref；每个蓄电池储能系统自身的状态信息包括：ωi和vi；接收到的来自邻居蓄电池储能系统的状态信息包括：ωj和vj。
52、可选的，步骤s3包括：
53、选取李雅普诺夫函数：
54、
55、其中，v1、v2、v3、v4分别表示在一阶系统式(30)～(33)的稳定性问题分析中所选取的李雅普诺夫函数；分别表示δp、δe、δω、δv的转置矩阵；
56、对等式两边分别进行求导，由式(26)～(29)和hp＝lδp、hω＝(l+b)δω可得：
57、
58、可选的，步骤s3还包括：
59、对于一个无向连通图，其拉普拉斯矩阵l为半正定矩阵，l的第2小特征值λ2(l)>0，若其中x表示一个n行的列向量；则xtlx≥λ2(l)xtx，其中xt为x的转置，若牵制矩阵b中存在元素bi>0,则l+b为正定矩阵，l+b的最小特征值λ1(l+b)>0，且xt(l+b)x≥λ1(l+b)xtx，所以有：
60、
61、因为得到：
62、
63、对公式(46)两边求导得：
64、
65、对等号两边同乘一个μ12再整理可得：
66、
67、得到这个微分方程的解为：
68、
69、其中v1(t)是连续函数，有因为k1λ2(l)>0、从公式(50)得到在t∈[tp,∞)时，因此得到在t∈[tp,∞)时，0≤v1(t)≤v1(tp)＝0；
70、得到：
71、
72、因为得到：
73、
74、在公式(6)～(9)所设计的控制协议下一阶系统(30)～(33)达到稳定，蓄电池储能系统能够在预设的时间内实现控制目标，即
75、可选的，步骤s3还包括：
76、根据公式(5)，得到储能系统能量水平的表达式：
77、
78、从公式(60)，确定能量水平ei的整定时间与和的整定时间相关，因此：
79、
80、蓄电池储能系统的能量水平在预设的时间内达到平均一致：
81、
82、可行性条件，如下：
83、分布式控制协议满足：k1>0，k2>0，k3>0，k4>0，h>2，
84、
85、预设时间t1≥ts、t2≥ts、t3≥ts、t4≥ts，其中ts为蓄电池储能系统信号处理与通信所需要的时间段。
86、本技术提供的技术方案带来的有益效果是：
87、设计了一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制协议，能够在预先设定的时间内实现：蓄电池储能系统的比例有功功率达到平均一致，有功功率依照下垂系数进行按比例分配。蓄电池储能系统的能量水平达到平均一致。蓄电池储能系统的输出频率恢复到额定值。蓄电池储能系统的输出电压幅值恢复到额定值。与现有的技术比较，本发明的优点是:系统收敛时间的上界独立于系统的初始状态。系统收敛时间可在任何物理上可能的范围内预先任意设定。采用该控制方法能够在预设的时间内实现系统频率、电压幅值恢复一致到额定值，并获得电池能量水平的一致和有功功率按比例分配。该控制方法的优势在于收敛时间的上界独立于系统的初始状态，并且能够被任意设定。
1.一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s1包括：
3.如权利要求2所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：
4.如权利要求3所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：
5.如权利要求4所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s2包括：
6.如权利要求5所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s3包括：
7.如权利要求6所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s3还包括：
8.如权利要求7所述的一种蓄电池储能系统的预设时间次级控制方法，其特征在于，步骤s3还包括：
