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  • 基于分布式多代理系統(tǒng)的孤島微電網(wǎng)二次電壓控制策略

    2018-05-23 14:30:01 電氣技術(shù)  點擊量: 評論 (0)
    電網(wǎng)是實現(xiàn)分布式電源靈活管理和控制的有效手段,相比傳統(tǒng)集中式二次控制方式,分布式協(xié)調(diào)二次控制策略具有更高的靈活性和可靠性。

    新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué))的研究人員肖湘寧、王鵬、陳萌,在2018年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文指出,微電網(wǎng)是實現(xiàn)分布式電源靈活管理和控制的有效手段,相比傳統(tǒng)集中式二次控制方式,分布式協(xié)調(diào)二次控制策略具有更高的靈活性和可靠性。

    提出一種基于分布式多代理系統(tǒng)的孤島微電網(wǎng)二次電壓控制策略,將分布式電源看作系統(tǒng)中的代理,二次電壓控制等效為多代理系統(tǒng)的追蹤同步問題。基于線性狀態(tài)反饋設(shè)計了分布式控制器,其中采用狀態(tài)估計器輸出代替系統(tǒng)實際狀態(tài),進而利用事件觸發(fā)控制器更新系統(tǒng)狀態(tài)。

    利用一定的通信網(wǎng)絡(luò),各代理利用本地及相鄰代理的信息相互協(xié)調(diào)保證微電網(wǎng)電壓恢復(fù)額定值,避免了對集中控制器的依賴。該控制策略允許各代理僅在事件觸發(fā)時刻交換信息而非實時連續(xù)交換,減少了交換數(shù)據(jù)的信息量,降低了對通信網(wǎng)絡(luò)的要求。利用一個孤島微電網(wǎng)測試系統(tǒng)對所提控制策略的有效性進行了驗證。

    近年來,隨著分布式電源(Distributed Generation, DG)的快速發(fā)展,微電網(wǎng)技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。作為智能電網(wǎng)的基本組成部分,微電網(wǎng)能夠有效集成分布式電源、儲能、負荷,實現(xiàn)自身內(nèi)部的協(xié)調(diào)、優(yōu)化運行,同時為主網(wǎng)提供各類輔助服務(wù)[1-3]。

    微電網(wǎng)既能夠并網(wǎng)運行,也可以在必要時孤島運行。當(dāng)并網(wǎng)運行時,微電網(wǎng)電壓和頻率參考可由主網(wǎng)提供,微電網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)與主網(wǎng)的功率交換;而孤島運行時,微電網(wǎng)將面臨更嚴峻的問題,合理的頻率和電壓控制策略是實現(xiàn)其自身穩(wěn)定運行的關(guān)鍵[4,5]。

    目前,微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于微電網(wǎng)電壓控制[6-8]。其中,第一層通常采用下垂機制,維持微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,對應(yīng)于電壓的一次控制,該層控制為本地控制。但是,下垂控制將引起系統(tǒng)電壓偏離參考值,降低電壓質(zhì)量。因此需要二次控制參與,對輸出電壓進行校正[9]。

    針對微電網(wǎng)二次控制,傳統(tǒng)解決方法采用集中控制方式,利用微網(wǎng)中央控制器(Microgrid Central Controller, MGCC)及輻射型的通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌微電網(wǎng)運行,為本地一次控制器設(shè)定參考值。通常,可利用PI控制器對誤差信號進行補償[10]。

    這種集中式控制結(jié)構(gòu)存在如下問題:①只能實現(xiàn)對單一母線電壓的準(zhǔn)確調(diào)節(jié);②“即插即用”能力較差;③隨著DG數(shù)量的增加,對計算和通信帶寬的要求越來越高;④對MGCC依賴較大,MGCC故障將可能引起整個控制系統(tǒng)失效,可靠性較低[11,12]。

    解決上述問題的有效方法之一是采用分布式多代理系統(tǒng)(Multi-Agent System, MAS)控制結(jié)構(gòu)。將各DG看作系統(tǒng)中的agent,各個agent利用自身及相鄰agent的通信信息實現(xiàn)自治運行,同時所有agent相互協(xié)調(diào),共同完成既定控制目標(biāo),避免了對集中控制器的依賴[13-15]。

    目前,部分文獻已經(jīng)對基于多代理系統(tǒng)的微電網(wǎng)分布式控制策略進行了初步探討。文獻[16]利用反饋線性化,將微電網(wǎng)二次電壓控制等效為MAS二階追蹤同步問題。針對微電網(wǎng)無功電壓控制。文獻[17]提出了具有自趨優(yōu)分布式特點的基于MAS的控制策略,能夠有效調(diào)節(jié)母線電壓。文獻[18]同時考慮電壓和頻率二次控制問題,利用內(nèi)模設(shè)計方法,提出了分布式二次電壓和頻率控制策略補償微電網(wǎng)電壓和頻率誤差,同時能夠保證有功功率按照下垂系數(shù)準(zhǔn)確分配。

    上述控制策略均基于恒定周期采樣控制方式,并未考慮通信系統(tǒng)限制,各代理之間信息交換量較大,對通信網(wǎng)的要求仍較高。但實際應(yīng)用中,通信網(wǎng)絡(luò)帶寬有限,因此需要盡可能地降低通信系統(tǒng)負擔(dān)。同時,降低系統(tǒng)的采樣頻率也有利于延長相應(yīng)傳感器的壽命[19]。

    本文利用分布式MAS對微電網(wǎng)二次電壓控制進行設(shè)計,其中只有少數(shù)agent能夠接收領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點的信息,一方面增強了系統(tǒng)的可靠性,另一方面提高了系統(tǒng)的可擴展性;利用線性狀態(tài)反饋設(shè)計了分布式二次控制器。

    為了避免agent之間信息的連續(xù)交換,進一步降低對通信網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求,采用分布式事件觸發(fā)控制器處理各agent的電壓一致問題。這種控制方式只在事件觸發(fā)時刻進行信息交換,其余時刻利用狀態(tài)估計器輸出代替實際agent狀態(tài),使各agent間的通信大大減少。

    圖1 孤島微電網(wǎng)分布式控制結(jié)構(gòu)示意圖

    結(jié)論

    本文針對孤島微電網(wǎng)二次電壓控制,提出了一種基于多代理系統(tǒng)的分布式控制方法。各代理基于本地及相鄰代理信息向領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點同步。利用狀態(tài)估計器設(shè)計了分布式事件觸發(fā)控制策略。仿真結(jié)果表明,該方法在保證二次電壓控制功能的基礎(chǔ)上,避免了DG之間的連續(xù)信息交換,降低了對通信網(wǎng)絡(luò)的要求。

    本文雖然僅討論電壓二次控制,但是因為頻率一次控制采用與電壓控制類似的下垂控制,因此所提分布式控制方法也可類比應(yīng)用于頻率二次控制。

    本文僅考慮了固定拓撲運行的情況,當(dāng)DG因故障退出運行,或新DG接入等情況引起系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)變化時,如何實時保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行仍需進一步研究。

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    責(zé)任編輯:售電衡衡

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