【摘 要】
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随着光伏、风电等分布式可再生能源的大规模并网,微电网作为集成多种分布式电源(Distributed Generator,DG)的有效方式,受到广泛关注。协同分布式电源出力,实现微电网安全稳定运行对促进可再生能源开发和利用具有重要意义。多智能体一致性算法,利用智能体之间的互相通讯使智能体的状态趋于一致,为微电网中分布式电源的协同控制提供了可行方案。传统基于多智能体一致性算法的微电网控制,通常是基于理
【基金项目】
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国家重点研发计划项目课题(2017YFB0903601); 国家重点研发计划项目课题(2017YFB0903604); 国家自然科学基金(51977088); 国家电网科技项目(521500190017)
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随着光伏、风电等分布式可再生能源的大规模并网,微电网作为集成多种分布式电源(Distributed Generator,DG)的有效方式,受到广泛关注。协同分布式电源出力,实现微电网安全稳定运行对促进可再生能源开发和利用具有重要意义。多智能体一致性算法,利用智能体之间的互相通讯使智能体的状态趋于一致,为微电网中分布式电源的协同控制提供了可行方案。传统基于多智能体一致性算法的微电网控制,通常是基于理想的通讯网络,且将分布式电源看作动态特性相同的多智能体,然而实际应用中,分布式电源之间的功率特性差异,通讯网络的时延和带宽限制,以及网络安全等问题都会造成算法不收敛,进而威胁微电网的安全稳定运行。因此,有必要对多智能体一致性算法在微电网中的应用展开进一步研究。本文分别以独立的直流微电网和独立的交流微电网为研究对象,从系统建模、控制策略、理论分析、仿真验证等方面深入研究基于多智能体一致性算法的微电网协同控制策略,充分考虑了分布式电源面临的不同功率特性,非理想通讯以及网络攻击等复杂运行条件,具体研究内容如下:(1)针对光-储直流微网,提出了基于一阶一致性算法的储能分布式控制,利用相邻储能之间的通讯,调节系统平均母线电压达到额定值,并实现储能之间的输出功率按荷电状态(State of Charge,So C)成比例分配。所提控制策略适用于具有不同额定功率的分布式储能,可在储能功率接近上限时自动进行功率限幅。此外,结合储能电池的So C限制,设计了光伏、储能与可控负载之间的协同控制方案。仿真验证了所提控制策略的有效性。(2)通讯时延会使传统直流微网电压控制出现稳态误差,甚至引起系统失稳。为克服此问题,提出了基于比例-积分(PI)一致性算法的优化控制策略,将平均母线电压恢复和储能功率的比例分配转变为一个带约束的优化问题。通过稳态分析,证明了所提控制策略的稳态运行点不受时延影响;在此基础上,提出了针对传输变量的散射变换,进一步提高系统在时延下的稳定性。通过Lyapunov直接法和无源性理论,分析了散射变换对时延系统稳定性的改善作用。仿真验证了一致性优化控制及散射变换的有效性。(3)在PI一致性优化控制的基础上,提出了基于采样数据的直流微网事件触发控制,仅在满足预设的事件触发条件(Event-Triggered Condition,ETC)时,才触发通讯并更新控制信号,有效节约了系统的通讯和计算资源,能够在有限通讯带宽下实现平均母线电压恢复和DG输出功率的比例分配。每个DG仅有一个集成的ETC,简化了控制器结构。利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,给出了所提事件触发控制渐近稳定的充分条件。仿真结果验证了所提事件触发控制的有效性。(4)传统交流微网的分布式控制受控制器初值和时延等干扰的影响,易产生稳态误差。为解决此问题,提出了基于PI一致性算法的分布式电压控制和频率控制,分别实现电压/频率的恢复和DG之间的无功/有功功率分配;稳态分析证明了控制算法在具有初值和时延等干扰的情况下,具有较高的控制精度。基于所提PI一致性控制,建立了详细的交流微网小信号模型,分析了控制参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了所提控制策略的有效性以及理论分析的准确性。(5)针对交流微网中面临的网络攻击问题,构建了集成化的分布式控制结构,能够利用最少的信息交换,恢复系统频率和电压到额定值,同时实现有功和无功功率的比例分配。基于此集成化控制结构,提出了分布式的弹性频率控制和弹性电压控制,能够在传感器和执行器遭受网络攻击时,保证系统稳定运行和DG之间的有效协同控制。采用小信号稳定性分析以及H∞输出反馈控制保证了控制系统的稳定性及L2增益有界性。通过仿真对比验证了所提控制策略的有效性。
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