A distributed secondary scheme with terminal sliding mode controller for energy storages in an islanded microgrid

Different levels of the stored energy is the main challenge in control of the distributed energy storages (DESs) in an islanded microgrid. The conventional power-droop and the secondary distributed controllers of distributed generators (DGs) does not consider the long time-span dynamics of state of charge (SoC) of the DESs. Subsequently, the DESs with lower initial SoCs are discharged before other DESs. Besides, the SoC-droop primary control results in further deviation of the frequency of the microgrid. In this paper, the secondary control scheme is employed to share the power mismatch, match the SoCs of the DESs, and regulate the frequency and voltage of the microgrid. The proposed scheme has distributed cooperative architecture, and employs distributed terminal sliding mode controller (DTSMC) for the state regulators, and proportional controller for distributed power-sharing and SoC-matching. The proposed scheme organizes the controllable DGs, the DESs with limited SoCs, and the uncooperative DGs with unknown generation, through communicating between the neighbor cooperative DGs and DESs. Performance of the designed DTSMC is verified for the changes of communication topology, time-delays, data drop-outs, load variations, and external disturbances. DTSMC provides finite-time convergence, fast transients, and improved robustness.     

考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制

孤岛微电网在运行过程中对其输出电压、频率控制有较高的实时性要求。考虑孤岛微电网运行过程中易受负载投切、通信拓扑切换等多种干扰的影响,提出了一种改进的考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制方法,实现孤岛微电网输出电压、频率的有限时间调节控制。首先,在传统的有限时间控制算法中加入一项幂指数为1的跟踪误差控制项,构建孤岛微电网有限时间分布式一致性电压、频率控制算法,并且分别建立闭环随机系统模型。其次,通过Lyapunov稳定性判定方法验证所提方法的稳定性,并计算出有限时间上界表达式。最后,在Matlab/Simulink上通过仿真验证了所提控制方法的有效性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。     

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.     

基于全分散理念的F-P型分布式电源自趋优控制方法

针对频率—有功功率(F-P)型分布式电源,提出一种适用于交流微网孤立运行时的有功控制策略。该策略充分利用微网中交流电网的天然耦合特性,在不借助分布式电源间或者分布式电源与中央控制器间通信的条件下,实现分布式电源出力自趋优功能。所提出的控制策略具有分层结构,包含频率分层控制和频率跟踪控制两个部分,其主要特点为:适用于以逆变器为接口且工作在电流源模式的分布式电源;完全基于本地信息,在不借助中央控制器和集中通信系统的情况下,能够通过各分布式电源的本地信息实现自趋优控制;该策略按照等微增率准则来分摊负荷,使各分布式电源的成本微增率相等。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

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。     

一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略

由于独立运行的微网中馈线阻抗不匹配,采用传统下垂控制策略的分布式电源难以精确地分配输出功率。针对该问题,提出了一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略。在该策略中,中心控制器采用低带宽通信向各个分布式电源发送交流母线电压偏离补偿信号,分布式电源的本地控制器获取该补偿信号后,通过积分构造出输出电压的幅值参考。采用所提出的下垂控制策略,各分布式电源在实现无功功率精确分配的同时,可以有效消除交流母线的电压降,将母线电压恢复至额定值。仿真结果表明,所提出的改进下垂控制策略在复阻抗特性馈线微网中具有一定的有效性和可行性。     

具有限流能力的交流微网并网控制策略

英国8·9大停电事故的发生让我们思考高比例分布式发电系统存在一定的技术瓶颈.基于此,本文提出了一种适应于交流微网接地故障的限流控制策略,该方法可以将故障电流限制在两倍额定电流以内,进而使得分布式电源在电网故障情况下不会瞬时脱网运行.同时,该方法不需要在电网正常和故障运行状态时切换参考电流,且在两种状态下可实现较小的电流...     

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.     

A dual control strategy for power sharingimprovement in islanded mode of ACmicrogrid

Parallel operation of inverter modules is the solution to increase the reliability, efficiency, and redundancy of inverters in microgrids. Load sharing among inverters in distributed generators (DGs) is a key issue. This study investigates the feasibility of power-sharing among parallel DGs using a dual control strategy in islanded mode of a microgrid. PQ control and droop control techniques are established to control the microgrid operation. P-f and Q-E droop control is used to attain real and reactive power sharing. The frequency variation caused by load change is an issue in droop control strategy whereas the tracking error of inverter power in PQ control is also a challenge. To address these issues, two DGs are interfaced with two parallel inverters in an islanded AC microgrid. PQ control is investigated for controlling the output real and reactive power of the DGs by assigning their references. The inverter under enhanced droop control implements power reallocation to restore the frequency among the distributed generators with predefined droop characteristics. A dual control strategy is proposed for the AC microgrid under islanded operation without communication link. Simulation studies are carried out using MATLAB/SIMULINK and the results show the validity and effective power-sharing performance of the system while maintaining a stable operation when the microgrid is in islanding mode.     

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...     

一种低压微电网中的分布式电压控制算法

为了实现电压调节和提高供电能力,提出了一种在低压微电网中利用分布式电源(Distributed Generators,DGs)发出的有功来进行电压控制的分布式电压算法。针对低压微电网的线路阻抗特性,分析了电压和有功的关系。由系统线路结构建立通信链路,并对电压超出上下限的母线初始化,计算出所需补偿的有功功率。基于本地信息,利用参数化状态转移矩阵对电压进行修正,并考虑了分布式电源的有功容量限制。通过该算法协调和分配各分布式电源所需承担的功率,共同作用实现电压控制。仿真结果表明该算法能够有效实现电压调节和减小电压偏差,提高电压质量。     

基于模型预测控制方法的风电直流微网集散控制

设计了一个基于模型预测控制器的风电直流微网集散控制系统。为满足系统经济运行及高质量电能的要求,采用模型预测控制器作为其集散控制体系架构中的主控制单元,以产生本地控制器参考信号。为规避该分层控制结构中通信故障对系统稳定性的影响,本地控制器采用双冗余参考信号,正常运行时,接受模型预测主控制器的参考信号,一旦通信失败,本地控制器迅速切换至电压分层控制策略产生的参考信号。如此,既能够保证正常运行时系统高效运行及对电能质量的要求,又能在故障时保证系统不失稳。基于Matlab仿真平台对所提风电直流微网集散控制系统的有效性进行了仿真分析。仿真结果表明,所提风电直流微网集散控制系统在采用模型预测主控制器时,能够满足系统设计目标,实现联网或孤岛状态下对系统功率灵活、高效地调节;在系统通信故障时,通过控制器切换,能够保障系统稳定、安全运行。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协调控制

直流微电网的主要控制目标是维持母线电压稳定及实现负荷的按比例分配。为克服直流微电网采用集中式控制的缺陷,提出了一种分布式的协调控制策略。该控制策略利用分层结构,在原始下垂控制的基础上引入电压二次控制及发电成本运行控制,各发电单元仅与相邻通信单元进行信息交互,通过有限时间一致性算法,最终实现电压稳定及发电成本最小等多控制目标。所提控制策略兼具分层控制与有限一致性控制的优点,灵活性高、鲁棒性强、收敛性能好。为了验证所提出的控制策略,搭建了相应的直流微电网模型,并对电源投退、负荷波动等不同场景进行了仿真,算例结果验证了该策略的有效性。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协同控制

直流微电网的控制目标主要是实现维持电压稳定和负荷比例分配,传统的下垂控制无法同时兼顾两个控制目标,而集中控制存在依赖中央控制器等弊端。文中提出一种基于有限时间一致性的直流微电网分布式控制策略,在下垂控制的基础上,提出包括电流矫正控制和电压调节控制的分布式二次控制。该策略基于多代理系统及其分布式交互协议实现,各分布式电源代理仅与邻居交互输出电流信息,通过有限时间一致性协议,完成各分布式电源的输出电流按比例分配,并利用平均输出电流进行电压协同调节。所述控制策略以分布式的方式实现,能够满足分布式电源即插即用的要求,采用有限时间一致性算法具有较好的收敛性能。为验证该策略的控制效果,在PSCAD/EMTDC中建立了详细的直流微电网模型进行仿真。结果表明所述策略可以有效地完成直流微电网电压稳定和负荷比例分配的控制目标。     

基于多智能体一致性协议的微电网分层分布实时优化策略

经济运行、频率和电压控制及系统稳定性是微电网实时控制的主要内容。基于多智能体系统一致性协议,提出了一种分层分布的实时优化策略。首先,在仅考虑分布式电源出力约束的条件下,应用一阶一致性实现对分布式电源有功出力的控制,优化运行成本;其次,针对下垂控制特性,提出了一种新的二阶一致性协议,用于实现分布式电源功率的精确控制;最后,应用一致性协议实时协调分布式电源的下垂参数,实现了系统频率和电压的优化。通过Lyapunov直接法对所提策略进行稳定性分析,证明系统是渐进稳定的。仿真分析及结果验证了所提策略的有效性。     

基于自适应ANN的孤岛微网群电压频率分布式协同控制

针对孤岛微网群稳定运行难度大,电压频率控制极为复杂的问题,本文提出了一种适用于含多逆变器分布式电源(distributed generations, DGs)微网群(microgrid cluster, MGC)的智能电压频率协同控制方法。首先,该方法利用Lyapunov理论和基于逆变器DG的动态特性设计了基于模型化的控制器;然后,利用人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)来近似上述动态特性,从而得到不需要DG参数先验信息的智能控制器,此外,所提控制器不需要使用电压和电流PI控制器;最后,通过不同场景下的仿真分析,验证了所提控制器的有效性,另外,本文还利用Lyapunov分析,证明了跟踪误差和神经网络权值最终一致有界,从而可实现了较好的电压和频率动态调节。     

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。     

A robust control strategy for a grid-connected multi-bus microgrid under unbalanced load conditions

The increasing presence of inverter-based distributed generation (DG) units in microgrid application requires control methods that achieve high performance not only during normal operating conditions, but also under unbalanced conditions. These conditions can occur permanently due to distribution of unbalanced loads on the three phases of the microgrid. This paper proposes a robust control strategy for a grid-connected multi-bus microgrid containing several inverter-based DG units. Each of the DG units can supply a combination of balanced and unbalanced local loads. The proposed control strategy employs an adaptive Lyapunov function based control scheme to directly compensate the negative-sequence current components caused by unbalanced loads in some part of microgrid; and a sliding mode based control scheme to directly regulate the positive-sequence active and reactive power injected by DG units to the microgrid. The control method proposed in this paper is shown to be robust and stable under load disturbances and microgrid parameter uncertainties even in the presence of nonlinear and time-variant unbalanced loads. The effectiveness of the presented controller is validated through time-domain simulation studies, under the MATLAB/Simulink software environment.