基于多智能体系统的公共建筑微电网协同控制研究

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公共建筑消耗了大量的电能,以往的公共建筑通过大规模电力系统供电,该供电方式不能满足关键负荷对于电能质量和供电可靠性的要求,并且加速了能源危机和温室效应。微电网是一种新型的能源结构,它有效地整合了分布式电源、储能装置和局部负荷。微电网还具有并网和孤岛两种运行模式,并网模式时,它向主网提供或吸收电能,一旦主网发生故障,即能从公共耦合点处断开进入孤岛模式运行。微电网这种灵活的运行特性使其成为主电网的有力补充,能够为公共建筑内部的一些关键负荷提供稳定的电能。微电网在孤岛模式时,采用分级的控制结构,初级控制层主要采用下垂控制,该控制策略不依赖于通信,是一种分散自治的控制方法。然而,初级下垂控制导致了系统的频率和电压偏离了额定值。为次,在次级控制层设置恰当的控制策略,以恢复系统频率和电压。次级控制层采用基于多智能体系统的分布式协同控制方法,该方法的可靠性和鲁棒性较高,易于在微电网系统中实现。论文将分布式协同控制策略应用于孤岛微电网的次级控制层,实现系统频率和电压的次级恢复,以及有功功率的比例分配。论文的创新之处如下:(1)针对初级下垂控制策略导致的孤岛微电网系统频率和电压偏移问题,并考虑系统的通信和计算负担问题,利用渐进协同的分布式一致性控制方法,采用一种分散事件触发机制,在事件触发条件满足的条件下触发控制器,实现了次级频率和电压恢复控制,提升了分布式次级协同控制器的控制效率。(2)针对以往的分布式渐进协同控制算法的整定时间无法预估,收敛时间可能趋于无穷大的问题,并考虑了由分布式电池储能系统供应电能的微电网,提出一种分布式固定时间次级协同控制策略,采用所提出的控制方案能够在固定的整定时间内实现系统频率、电压幅值恢复,并获得电池能量等级的均衡一致和期望的有功功率分配,并能够对控制算法的收敛时间进行预估。该控制方法的优势在于整定时间的上界独立于系统的任意初始状态,保证了孤岛微电网系统固定时间控制的及时性。(3)针对孤岛微电网系统的频率、电压幅值和有功功率的固定时间控制问题,并考虑系统的通信和计算负担,提出了一种新的分布式固定时间次级控制协议,并采用一种新的集中式事件触发机制。通过所提出的控制方案,系统的局部控制器在相同的事件触发时间触发控制算法,采用最新的采用测量值更新控制器,在固定时间内实现了孤岛微电网的次级控制目标。该控制方法避免了连续的通信,减少了系统的通信负担和控制器更新频率。(4)针对孤岛微电网系统的计算和通信负担问题,提出了一种新的分布式事件触发固定时间次级协同控制方案,设计了完全分布式的事件触发机制,分布式固定时间控制协议仅在事件触发条件满足的情况下使用最新的频率、电压幅值和有功功率的采样测量值。采用所提出的分布式的控制策略既能在固定时间内实现孤岛微电网系统的次级控制目标,同时也减轻了系统的通信负担和控制器更新频率,提升了系统控制效率。由于所提出的控制方案是完全分布式的,系统的可靠性和可扩展能力也相应地得到了提高。
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