基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略

微电网是实现分布式电源灵活管理和控制的有效手段,相比传统集中式二次控制方式,分布式协调二次控制策略具有更高的灵活性和可靠性。提出一种基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略,将分布式电源看作系统中的代理,二次电压控制等效为多代理系统的追踪同步问题。基于线性状态反馈设计了分布式控制器,其中采用状态估计器输出代替系统实际状态,进而利用事件触发控制器更新系统状态。利用一定的通信网络,各代理利用本地及相邻代理的信息相互协调保证微电网电压恢复额定值,避免了对集中控制器的依赖。该控制策略允许各代理仅在事件触发时刻交换信息而非实时连续交换,减少了交换数据的信息量,降低了对通信网络的要求。利用一个孤岛微电网测试系统对所提控制策略的有效性进行了验证。     

微电网二次频率/电压控制器的反馈线性化设计及分布式实现

针对以微型同步发电机组为二次控制主体的微电网,提出了一种在孤岛运行模式下的二次频率/电压分布式控制策略。首先,利用反馈线性化方法,设计了一种适用于微型同步发电机的二次频率/电压控制器,可消除由于微型同步发电机组一次控制导致的系统频率与电压偏差。其次,基于多代理系统理论,提出了一种分布式控制策略。所提出的频率/电压控制器只需要交换在通信有向图上的邻居节点频率/电压信息,不依赖中央控制器和复杂通信网络,提高了微电网的可靠性,同时可实现微型同步发电机有功出力按额定比分配。最后,在某一实际的微电网上验证了提出的二次控制策略的有效性。     

基于多智能体一致性的孤岛微网协调二次控制

针对孤岛型微电网二次电压和频率控制,提出一种基于多智能体一致性协议的控制策略以使其满足电能质量的要求,保证系统的安全稳定运行。首先,设计分布式微电网控制结构,将各分布式电源看成系统中的智能体,采用一定的有向通信网络拓扑实现智能体之间的相互协调。其次,应用二阶一致性算法于微电网二次控制器中,实现了系统电压和频率恢复至额定值,并进行了稳定性及收敛速度分析。最后,在PSCAD/EMTDC中对孤岛微电网系统建模仿真,其结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于事件触发的孤岛微电网二次协调控制策略

传统的下垂控制策略会导致孤岛微电网系统稳态的频率和电压偏移,且存在依赖于周期性通信、通信负担大等问题。对此,提出一种基于分布式事件触发的电压和频率二次协调控制策略。该策略针对多智能体的一致性追踪同步问题,将微电网中DG(分布式电源)视为多智能体系统中的智能体,将二次频率和电压作为追踪同步目标。所提出的控制策略仅要求分布式控制器之间在事件发生时刻进行通信,有效节约了通信资源,同时还具有频率和电压恢复功能以及准确的有功功率比例分配。采用Lyapunov方法分析了二次协调控制的稳定性和可行性,并通过孤岛微电网测试系统验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

基于数据驱动的孤岛直流微电网二次控制

针对孤岛直流微电网,提出一种数据驱动的无模型二次控制策略.利用直流微电网系统输入、输出的过程数据以及偏格式动态线性化方法建立系统的数据模型.通过设计新型的无模型二次功率和电压控制器,分布式电源按其容量成比例地输出功率,同时使用最大电压补偿的方法恢复系统母线电压.通过数学分析严格证明该直流微电网系统在不同运行条件下是闭环控制稳定的.最后,利用MATLAB/Simulink仿真和RTDS实验平台,验证了所提控制策略的有效性.     

孤岛微电网分布式电压不平衡补偿控制策略

针对不平衡负载、故障等引起的微电网公共连接点电压不平衡问题,提出了一种基于多代理系统的分布式协调电压不平衡补偿控制策略。将微电网各分布式电源等效为多代理系统中的代理,利用领导节点产生只有少数代理能够接收的补偿信号参考,公共连接点电压不平衡补偿等效为各代理节点向领导节点同步的追踪同步问题。利用线性状态反馈设计了分布式控制率。该控制策略基于一个单向通信的有向通信网络,各代理只需处理本地及相邻代理信息。该控制策略避免了对集中控制器的依赖,提高了系统的可靠性。利用一个微电网测试系统对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明所提控制策略能够有效抑制公共连接点电压不平衡度。     

基于分层控制方法的微网谐波电压补偿策略研究

针对多逆变器并联型微电网孤岛运行模式下的负载母线三相电压不平衡和谐波污染问题,本文提出一种基于两相静止αβ坐标系的微电网谐波电压分层控制策略。控制结构由本地DG控制器和微电网二次集中控制器组成。本地DG控制器通过改进型虚拟阻抗环和传统下垂控制策略实现微电网基波功率和补偿功率按额分配;微电网二次集中控制器产生电压不平衡和谐波补偿指令信号,并将其传送至DG本地控制器,通过电压电流控制器控制逆变器输出电压,实现微电网三相电压不平衡和谐波电压补偿。利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真平台,验证了本文所提控制策略的正确性和优越性。     

基于有限时间一致性的微网分布式二次控制

针对孤岛运行模式下的微电网一次控制采用下垂控制易受到线路阻抗特性、微网拓扑结构等因素的干扰,造成频率与电压的波动以及功率难以比例分配的问题,提出一种基于有限时间一致性的微电网分布式二次控制策略来实现频率与电压无静差调节以及功率按比例分配的控制目标。所提控制策略结合多智能体理论来构建微电网的分布式控制结构,各分布式电源仅需通过通信网络与相邻节点进行各类电气信息交换,消除一次控制中频率与电压的偏差。同时引入自适应虚拟阻抗使系统输出阻抗呈感性来削弱线路阻抗不匹配的影响,从而实现无功功率的按比例分配。理论分析和仿真结果验证所提控制策略的有效性。     

孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制

针对传统的下垂控制策略会导致孤岛微电网稳态角频率和电压偏离额定值,且其依赖周期性通信的问题,提出一种孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制.首先基于多智能体系统的追踪一致性,即以系统稳态电压和角频率参考值为虚拟领航者,视分布式电源(DG)为多智能体系统的智能体,来实现系统电压和角频率的恢复控制以及期望的有功功率比例分配.然后设计了分布式有限时间事件触发二次协调控制,且只在事件触发时刻进行信息交换,其余时刻利用状态估计器输出代替DG实际状态.采用李雅普诺夫方法分析了所提策略的稳定性和可行性.最后在MATLAB/Simulink中搭建孤岛微电网测试系统进行仿真分析,仿真结果及理论分析验证了所提控制方法的有效性和优越性.     

考虑状态受限的微电网二次电压与频率固定时间控制

该文研究孤岛交流微电网二次电压和频率的固定时间精确控制问题,基于多智能体一致性方法,提出考虑状态受限的自适应模糊固定时间二次电压控制器和基于控制障碍函数的二次频率控制器。在多智能体一致性控制中,将每一个分布式电源视为一个非线性智能体,智能体之间通过稀疏网络进行通信。在电压控制器设计中,采用反馈线性化后未知变量的自适应模糊估计提高控制器的自适应能力,并引入新的滑模面使电压控制器在固定时间内收敛。考虑到系统状态受限问题,分别采用障碍Lyapunov函数和控制障碍函数设计电压与频率控制器,使系统状态在预设的约束范围内。频率控制器的设计还考虑了有功功率的精确分配问题,给出了严格的固定时间收敛及稳定性证明。在Matlab/Sim Power System环境下,对微电网负载变化及大干扰下的仿真验证了所提控制器的有效性。     

基于分布式两级控制的孤岛微网网络化控制策略

针对传统微网下垂控制的网络化控制策略中数据传输随机丢包对系统控制精度和稳定性影响的问题,提出一种基于分布式两级控制的孤岛微网网络化控制方法。采用初级控制实现负荷分配,同时增加分布式次级控制部分弥补电压和频率偏差提高孤岛微网负荷分配精度并维持微网稳定,通过改进的分布式卡尔曼(Kalman)滤波估计微网电压与频率输出状态,可有效避免数据传输随机丢包对系统稳定性的影响。所提的控制策略可实现二次型性能指标的全局最优控制,且对较小程度的数据丢包率具有鲁棒性。仿真实验验证表明,所給出的控制方法是有效可行的。     

基于数据驱动的孤岛微网自适应调频策略

微电网孤岛运行时,基于下垂控制的并联逆变器无法消除频率的静态偏差,必须借助二次调频来稳定频率值。在进行二次频率控制器参数设计时需要用到微网频率响应模型,然而由于微网系统的结构复杂多变以及系统内微源和负荷种类多样等原因,微网系统的数学模型难以获取,控制器参数也因此难以整定。为解决上述问题,提出一种基于数据驱动的改进无模型自适应控制的二次调频策略,该控制算法仅需要采样关键节点处的输入输出数据,利用RBF神经网络的自适应和自学习能力并按照一定的控制周期在线整定二次调频系统的无模型自适应控制器参数,从而将频率稳定在基准值。仿真结果验证了所提策略有很好的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

孤岛微电网分布式P-V协调控制策略

为提升有功功率分配精度和降低线路损耗,研究了一种孤岛微电网分布式有功-电压(P-V)协调控制策略.重点提出了考虑线损系数及节点电压优化量的有功分配因子设计方法,并研究了基于有功分配因子一致原则的功率分配方法.采用分布式稀疏通信网络进行信息交互,利用一致性算法得到二级控制所需的有功分配因子平均估计值和系统平均电压估计值,产生综合电压优化量完成下垂控制优化,实现孤岛微电网分布式P-V协调控制.该策略可有效兼顾线路损耗降低以及有功功率分配精度提升,控制各节点电压在合理范围内,并调节系统平均电压至额定值.最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性.     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

光储柴独立微电网中的虚拟同步发电机控制策略

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统组成的独立微网,提出一种适合微网在孤岛模式下稳定运行的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型,并分析其输出电压和转速的阶跃响应特性;其次,在充分考虑DGS和VSG不同控制特性的基础上,提出一种适应独立微网分层协调控制的改进型VSG策略;然后,在基本VSG控制器中增加虚拟阻抗环节,灵活实现对微网谐波的抑制;最后,建立一套包含2台100 k V·A VSG及1台440 k W DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

Distributed cooperative synchronization strategy for multi-bus microgrids

Microgrids can operate in both grid-connected mode and islanded mode. In order to smooth transfer from islanded mode to grid-connected mode, it is necessary to synchronize the point of common coupling (PCC) with main utility grid (UG) in voltage frequency, phase and amplitude. Conventional synchronization methods based on centralized communication are very costly and not suitable for multi-bus microgrids that have a large number of distributed generators (DGs). To address this concern, this study presents an active synchronization control strategy based on distributed cooperation technology for multi-bus microgrids. The proposed method can reconnect the microgrid in island to UG seamlessly with sparse communication channels. Synchronization correction signals are generated by a voltage controller, which are only transmitted to the leader DGs. Meanwhile, each DG exchanges information with its neighbors. Finally, the voltage of PCC will synchronize with the main grid and all DGs will achieve the consensus behaviors. Compared with traditional synchronization methods, the proposed method does not need complex communication networks and improves flexibility and redundancy. Even if the distributed communication breaks down, the primary droop control can still operate robustly. Small signal model of entire system is developed to adjust the parameters of distributed active synchronization controller. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed method.     

基于协同强化学习的微电网分布式两级电压优化控制

由于微电网中分布式电源组成复杂,运行模式多样,孤岛微电网的电压恢复控制面临着不确定性干扰的影响。为此,针对不确定性干扰下微电网的二级电压恢复控制问题,提出了一种基于协同强化学习的微电网分布式两级电压优化控制方法,实现孤岛模式下微电网的电压调节控制。首先构建孤岛微电网分布式一致性协同电压控制算法,并建立李雅普诺夫函数稳定性判定方法。其次根据控制器性能与控制器增益参数的关系,求解孤岛微电网电压控制器增益上界,并根据控制器增益参数上界限制强化学习智能体动作集。随后,采用强化学习算法优化二级控制器增益参数,给出相应的强化学习智能体状态集、协同全局奖励函数。最后在Matlab/Simulink上通过仿真实验验证了所提出的控制方法的有效性和适应性。     

H‐infinity controller for frequency and voltage regulation in grid‐connected and islanded microgrid

This paper presents a study on a grid‐connected and islanded multiple distributed generation (DG) system for frequency and voltage regulation. The multiple DG system includes solar cells, wind turbine, fuel cell, and battery storage. The H‐infinity controller is used whose weighting parameters are optimized to minimize voltage and frequency deviation. The performance of the system is analyzed under different conditions for both grid‐connected and islanded modes of operation. In case of the load variations, the inner voltage and current loop react based on the H‐ infinity control strategies. The outer power loop uses the droop characteristic controller. The design is simulated using MATLAB/SIMULINK. The simulation results show that the multiple DG system can supply high‐quality power both in grid‐connected and islanded modes. Also, we show that the proposed control methodology will make the system to transit smoothly between the islanded mode and the grid‐connected mode. The results indicate that the frequency and voltage deviations meet the nominal values as per IEEE standard. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.