基于多智能体一致性的微电网分布式二级控制策略研究

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微电网是采用先进的监测、控制和通信技术的电力网络,提供高效和安全的能源供应,被视为智能集成能源供应的新范式,因而受到了工程界和学术界的广泛关注。而微电网分层控制下的二级控制问题作为该领域的基础研究问题,近年来成为该领域的研究热点。相较于集中式控制,分布式控制因其高可靠性、强拓展性及低运营成本,更适用于微电网发电单元数量庞大、相对分散的应用场景。然而,由于涉及较多的通信和计算,分布式二级控制容易受到系统内外部因素的制约。其中,收敛时间、通信约束和网络攻击是实际运行过程中常见的制约形式,不同程度地影响算法的控制性能。鉴于此,本文以交流/直流微电网为研究对象,围绕上述实际因素对微电网的分布式协同控制展开深入研究。基于多智能体一致性方法设计分布式二级控制策略,并完成相应的理论分析与仿真验证。主要工作及研究内容包括:(1)针对交流微电网系统的预定时间二级频率/电压调控问题,设计了预定时间分布式二级控制及优化策略。该策略采用时变增益调节控制输入的方法,在物理层面允许的范围内无需任何条件即可提前设定系统状态的收敛时间,驱使微电网系统在预定时刻达到稳定,即每个受控单元在该时刻(或之前)实现二级控制及功率优化目标。该策略提升了二级控制的灵活性和可操作性。借助Lyapunov稳定性理论,建立了实现微电网系统预定时间稳定的判定准则。仿真算例验证了理论分析的有效性和控制策略的设计优点。(2)针对交流微电网系统在通信受限情况下的二级频率/电压调控问题,设计了基于事件触发-量化机制的分布式二级控制及优化策略。该策略确保节点信息在被传输前经过量化处理,且仅在事件触发的时刻传输至其他受控单元,进而在减少通信次数的基础上进一步减少信息量,节约通信和控制成本。借助非光滑分析理论,最终实现了微电网系统的二级控制及功率优化目标。仿真结果验证了理论分析的有效性和控制策略的设计优点,并通过仿真对比说明了功率优化控制器的优势。(3)针对云辅助通信背景下直流微电网系统抵御混合网络攻击的均流协同控制问题,设计了基于切换自触发机制的弹性均流控制策略。该策略确保各发电单元仅在需求时刻访问云存储器获取信息,且攻击期间不执行云访问服务,提升系统对网络攻击的韧性。通过稳定性分析,推导了微电网系统的指数收敛性和网络攻击弹性,实现了直流微电网的均流控制和总线电压调控,揭示了控制参数与网络攻击特性之间的内在联系。仿真结果验证了理论分析的有效性和控制策略的设计优点。
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