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

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?；诰€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)。

微電網(wǎng)既能夠并網(wǎng)運行，也可以在必要時孤島運行。當并網(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。

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。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。

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。

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，避免了對集中控制器的依賴。

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。

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。

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。