CN104659810A - 一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，包括：步骤10）微电网储能系统运行在恒压/恒频控制模式下，维持微电网的功率平衡，发生事故时，储能系统代理自动进行一次控制；步骤20）在不确定通信拓扑下，测算牵制控制的预定义一致值；步骤30）多代理系统中的除牵制代理外的各代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步；步骤40）各分布式电源代理根据预定义一致值增发功率，完成系统二次控制，实现总功率缺额在分布式电源之间共享。该控制方法以牵制控制为基础，消除了中央控制器的需求和复杂的通信拓扑，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。

Description

一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法

技术领域

本发明属于微电网运行控制领域，具体来说，涉及一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法。

背景技术

未来的电力系统中，将会有越来越多的可能包含风力发电机、光伏、微型燃气轮机、小水电、储能系统、电动汽车等可控单元的微电网。因此，自治微电网的稳定控制，近来得到了特别的关注。由于运行模式的转变和分布式发电单元的间歇性，微电网中经常发生频率和电压的扰动或故障。

基于多智能体系统的分布式控制策略被认识到能够在维持自治微电网稳定方面发挥重要作用。分布式控制的优点包括抗不确定干扰和分布式信息更新能力，从而使信息有效共享，最终使得决策制定和实施更加迅速。牵制控制是一种多智能体系统有效的分布式控制方式，引入牵制控制后，需控制的代理个数将明显减少，可以应用于大型复杂系统。同时，牵制控制可以在变通信拓扑结构下进行分布式信息交互，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，该控制方法以牵制控制为基础，是一种分布式控制方法，消除了中央控制器的需求和复杂的通信拓扑，适用于不确定通信拓扑的微电网，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，微电网采用多代理系统，包括分布式电源代理、储能系统代理、负荷代理，共有n个代理，其中一部分代理是被控制的牵制代理，其余代理通过与牵制代理的通信耦合，以分布的方式跟踪同步；该控制方法包括以下步骤：

步骤10)进行一次控制，获取功率缺额：在孤岛模式下，微电网储能系统运行在恒压/恒频控制模式下，维持微电网的功率平衡，发生事故时，储能系统代理自动进行一次控制，在一次控制中，储能系统输出有功功率的参考值为微电网总有功功率的缺额，储能系统输出无功功率的参考值为微电网总无功功率的缺额；

步骤20)测算牵制控制的预定义一致值：在不确定通信拓扑下，测算牵制控制的预定义一致值，该预定义一致值包括有功功率预定义一致值ΔP_c和无功功率预定义一致值ΔQ_c；

步骤30)代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步：多代理系统中的除牵制代理外的各代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步，使得参与牵制控制的分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值；

步骤40)进行二次控制，实现总功率缺额的共享：各分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值时，各分布式电源代理根据预定义一致值增发功率，完成系统二次控制，实现总功率缺额在分布式电源之间共享。

进一步，所述的步骤20)中，依照式(1)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_c=P_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)})\\ {\mathrm{\ΔQ}}_c=Q_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)})\end{array}\right.$     式(1)

其中，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量。

进一步，所述的步骤20)中，基于受到分布式电源的发电容量限制，依照式(2)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_c=(P_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)})\\ {\mathrm{\ΔQ}}_c=(Q_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)})\end{array}\right.$     式(2)

其中，Y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理集合，ΔP_Mh表示第h个分布式电源的最大有功功率增加量，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量，y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理数量，ΔQ_Mh表示第h个分布式电源的最大无功功率增加量。

进一步，所述的步骤30)包括以下过程：

定义一个时变矩阵Θ_Φ和一个切换序列S表示不确定通信拓扑，切换序列 …、…；k为整数，且k≥0；表示切换序列S中第1个切换区间，表示切换序列S中第2个切换区间，表示切换序列S中第k+1个切换区间；表示在时间t₀时的通信拓扑，表示在时间t₁时的通信拓扑，表示在时间t_k时的通信拓扑；Φ表示通信拓扑集合，时变矩阵Θ_Φ用于表征微电网的在不同时刻的拓扑结构；Θ_Φ基于切换序列S，随着切换区间的改变而改变：

第i个代理在不确定通信拓扑下的牵制控制，依照式(3)确定：

  式(3)

其中，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理的集合，N_i(t)为一个时变的集合；Δ(t)是介于时间t_k和t_k+1之间的时间区间，Δ(t)＝[t_k,t_k+1)；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵；表示第j个代理增发有功功率的参考值，表示第i个代理增发有功功率的参考值，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)≥0；d_i,Δ(t)＝0表示第i个代理没有被牵制控制，表示第i个代理增发无功功率的参考值，表示第j个代理增发无功功率的参考值，表示的微分，表示的微分；W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，w_ij,Δ(t)是W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，若代理i和代理j通过通信线路连接，w_ij,Δ(t)≠0；否则，w_ij,Δ(t)＝0；

如式(4)所示，定义控制误差e_i：

$e_i=\left[\begin{array}{c}{e}_{p.i}\\ e_{q,i}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ref},i}^S-{\mathrm{\ΔP}}_c\\ {\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{ref},i}^S-{\mathrm{\ΔQ}}_c\end{array}\right]$     式(4)

式(3)根据e_i，改写为式(5)：

    式(5)

其中，e_i表示第i个代理的控制误差，e_j表示第j个代理的控制误差，e_p,i表示第i个代理的有功功率控制误差，e_q,i是第i个代理的无功功率控制误差；δe_i表示e_i的微分；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵；

整个微电网的牵制控制，使用如式(6)所示的矩阵形式表示：

${\mathrm{\Θ}}_{\mathrm{\Φ}}\mathrm{\δE}={\mathrm{\Θ}}_{\mathrm{\Φ}}\left[\begin{array}{c}{W}_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{\mathrm{\δE}}_P-(D_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}\×I_m){\mathrm{\δE}}_P\\ W_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{\mathrm{\δE}}_Q-(D_{\mathrm{\Δ}\left(t\right)}\×I_m){\mathrm{\δE}}_Q\end{array}\right]$     式(6)

其中，E表示微电网控制误差矩阵，δE是E的微分，W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，E_P表示微电网有功功率控制误差矩阵，E_P＝[e_p,1、e_p,2、…、e_p,n]，e_p,1表示第1个代理的有功功率控制误差，e_p,2表示第2个代理的有功功率控制误差，e_p,n表示第n个代理的有功功率控制误差；δE_P表示E_P的微分；D_Δ(t)表示微电网牵制矩阵，D_Δ(t)＝[d_1,Δ(t)、d_2,Δ(t)、…、d_n,Δ(t)]，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_2,Δ(t)表示第2个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益；I_m表示单位矩阵；E_Q表示微电网无功功率控制误差矩阵，E_Q＝[e_q,1、e_q,2、…、e_q,n]，e_q,1表示第1个代理的无功功率控制误差，e_q,2表示第2个代理的无功功率控制误差，e_q,n表示第n个代理的无功功率控制误差，δE_Q表示E_Q的微分；

当微电网的拓扑结构发生变化，式(6)改写成式(7)：

Θ_ΦδE＝W_P,Δ(t)Θ_ΦE    式(7)

式中，W_P,Δ(t)表示微电网牵制控制的更新矩阵。

进一步，所述的步骤30)中，w_ij,Δ(t)的数值按照式(8)计算，适应通信拓扑的改变：

    式(8)

其中，θ为常数，0<θ<1；n_i表示与第i个代理相邻的代理的数量，n_j表示与第j个代理相邻的代理的数量。

进一步，所述的步骤30)中，W_P,Δ(t)如式(9)所示：

    式(9)

其中，N₁(t)表示与第1个代理相邻的代理集合，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理集合，N_n(t)表示与第n个代理相邻的代理集合，N₁(t)、N_i(t)、N_n(t)均为时变的集合；w_1j,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，j)个元素，w_1i,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，i)个元素，w_1n,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，n)个元素，w_i1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，1)个元素，w_ij,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，w_in,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，n)个元素，w_n1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，1)个元素，w_ni,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，i)个元素，w_nj,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，j)个元素，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的控制方法是一种适用于不确定通信拓扑微电网协同控制的方法。本发明以牵制控制为基础，是一种分布式控制方法，消除了中央控制器的需求和复杂的通信拓扑，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。应用牵制控制，计算牵制控制的预定义一致值，实施过程中考虑考虑分布式电源的容量限制和发电容量约束；多代理系统中的分布式电源代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步，当微电网拓扑结构发生变化时，该方法可以对通信耦合矩阵和牵制控制矩阵进行更新，能够适应微电网通信拓扑的变化；当牵制一致达到预定义值时，完成总功率缺额在分布式电源之间共享，从而实现微电网的分布式协同控制。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2是本发明实施例中微电网仿真系统的结构示意图。

图3是本发明实施例中微电网多代理系统的通信拓扑图。

图4是本发明实施例中光伏退出运行，储能系统和各分布式电源输出的有功功率曲线图。

图5是本发明实施例中光伏退出运行，储能系统和各分布式电源输出的无功功率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本发明中，微电网采用多代理系统，包括分布式电源代理、储能系统代理、负荷代理，共有n个代理，其中一部分代理是被控制的牵制代理，其余代理通过与牵制代理的通信耦合，以分布的方式跟踪同步。本发明的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，包括以下步骤：

步骤10)进行一次控制：在孤岛模式下，微电网储能系统运行在恒压/恒频控制(V/f控制)模式下，维持微电网的功率平衡，发生事故时，储能系统代理自动进行一次控制，在一次控制中，储能系统输出有功功率的参考值为微电网总有功功率的缺额，储能系统输出无功功率的参考值为微电网总无功功率的缺额。

步骤20)在不确定通信拓扑下，测算牵制控制的预定义一致值，该预定义一致值包括有功功率预定义一致值ΔP_c和无功功率预定义一致值ΔQ_c。

作为一种优选方案，步骤20)依照式(1)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_c=P_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_c=Q_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\end{array}\right.$     式(1)

其中，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量。m_Δ(t)和x_Δ(t)根据通信拓扑的改变而改变，例如，在通信拓扑插入操作中，m_Δ(t)变为(m_Δ(t)+1)，当通信线路断开时x_Δ(t)也会改变。

作为另一种优选方案，考虑受到分布式电源的发电容量限制，所述的步骤20)依照式(2)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_c=(P_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_c=(Q_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;Q}}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\end{array}\right.$     式(2)

其中，Y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理集合，ΔP_Mh表示第h个分布式电源的最大有功功率增加量，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量，y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理数量，ΔQ_Mh表示第h个分布式电源的最大无功功率增加量。

步骤30)多代理系统中的除牵制代理外的各代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步，使得参与牵制控制的分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值。步骤30)具体包括以下过程：

定义一个时变矩阵Θ_Φ和一个切换序列S表示不确定通信拓扑，切换序列 …、…；k为整数，且k≥0；表示切换序列S中第1个切换区间，表示切换序列S中第2个切换区间，表示切换序列S中第k+1个切换区间；表示在时间t₀时的通信拓扑，表示在时间t₁时的通信拓扑，表示在时间t_k时的通信拓扑；Φ表示通信拓扑集合，时变矩阵Θ_Φ用于表征微电网的在不同时刻的拓扑结构；Θ_Φ基于切换序列S，随着切换区间的改变而改变。

第i个代理在不确定通信拓扑下的牵制控制，依照式(3)确定：

  式(3)

其中，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理的集合，N_i(t)为一个时变的集合；Δ(t)是介于时间t_k和t_k+1之间的时间区间，Δ(t)＝[t_k,t_k+1)；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵；表示第j个代理增发有功功率的参考值，表示第i个代理增发有功功率的参考值，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)≥0；d_i,Δ(t)＝0表示第i个代理没有被牵制控制，表示第i个代理增发无功功率的参考值，表示第j个代理增发无功功率的参考值，表示的微分，表示的微分；W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，w_ij,Δ(t)是W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，若代理i和代理j通过通信线路连接，w_ij,Δ(t)≠0；否则，w_ij,Δ(t)＝0。w_ij,Δ(t)的数值按照式(8)计算，适应通信拓扑的改变：

    式(8)

其中，θ为常数，0<θ<1；n_i表示与第i个代理相邻的代理的数量，n_j表示与第j个代理相邻的代理的数量。

如式(4)所示，定义控制误差e_i：

$e_i=\left[\begin{array}{c}{e}_{p.i}\\ e_{q,i}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{ref},i}^S-{\mathrm{\&Delta;P}}_c\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_{\mathrm{ref},i}^S-{\mathrm{\&Delta;Q}}_c\end{array}\right]$     式(4)

式(3)根据e_i，改写为式(5)：

    式(5)

其中，e_i表示第i个代理的控制误差，e_j表示第j个代理的控制误差，e_p,i表示第i个代理的有功功率控制误差，e_q,i是第i个代理的无功功率控制误差；δe_i表示e_i的微分；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵。

整个微电网的牵制控制，使用如式(6)所示的矩阵形式表示：

${\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}\mathrm{\&delta;E}={\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}\left[\begin{array}{c}{W}_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}{\mathrm{\&delta;E}}_P-(D_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\&times;I_m){\mathrm{\&delta;E}}_P\\ W_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}{\mathrm{\&delta;E}}_Q-(D_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\&times;I_m){\mathrm{\&delta;E}}_Q\end{array}\right]$     式(6)

其中，E表示微电网控制误差矩阵，δE是E的微分，W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，E_P表示微电网有功功率控制误差矩阵，E_P＝[e_p,1、e_p,2、…、e_p,n]，e_p,1表示第1个代理的有功功率控制误差，e_p,2表示第2个代理的有功功率控制误差，e_p,n表示第n个代理的有功功率控制误差；δE_P表示E_P的微分；D_Δ(t)表示微电网牵制矩阵，D_Δ(t)＝[d_1,Δ(t)、d_2,Δ(t)、…、d_n,Δ(t)]，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_2,Δ(t)表示第2个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益；I_m表示单位矩阵；E_Q表示微电网无功功率控制误差矩阵，E_Q＝[e_q,1、e_q,2、…、e_q,n]，e_q,1表示第1个代理的无功功率控制误差，e_q,2表示第2个代理的无功功率控制误差，e_q,n表示第n个代理的无功功率控制误差，δE_Q表示E_Q的微分。

当微电网的拓扑结构发生变化，式(6)改写成式(7)：

Θ_ΦδE＝W_P,Δ(t)Θ_ΦE    式(7)

式中，W_P,Δ(t)表示微电网牵制控制的更新矩阵。W_P,Δ(t)如式(9)所示：

    式(9)

其中，N₁(t)表示与第1个代理相邻的代理集合，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理集合，N_n(t)表示与第n个代理相邻的代理集合，N₁(t)、N_i(t)、N_n(t)均为时变的集合；w_1j,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，j)个元素，w_1i,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，i)个元素，w_1n,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，n)个元素，w_i1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，1)个元素，w_ij,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，w_in,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，n)个元素，w_n1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，1)个元素，w_ni,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，i)个元素，w_nj,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，j)个元素，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益。

当微电网的拓扑结构发生变化时，利用式(8)对w_ij,Δ(t)进行更新，进而利用式(9)对W_P,Δ(t)进行更新。

步骤40)各分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值时，各分布式电源代理根据预定义一致值增发功率，完成系统二次控制，实现总功率缺额在分布式电源之间共享。其他分布式电源代理不具备功率增发能力，只是得到功率增发参考信息，并不参与系统二次控制，不进行功率增发。

本发明的控制方法可以适用于不确定通信拓扑的微电网，以牵制控制为基础，在实施过程中考虑考虑分布式电源的容量限制和发电容量约束，是一种分布式控制方法，消除了中央控制器的需求和复杂的通信拓扑，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。

下面例举一个实施例。

图2为本实施例采用的仿真微电网结构图，图3为本实施例采用的仿真微电网通信拓扑图。该仿真微电网由微型燃气轮机(简称MT)、风力发电机(简称WT)、光伏系统(简称PV)、储能系统(ESS)及5个负荷单元(Load1、Load2、Load3、Load4、Load5)组成，各分布式单元由电力电子元件接入0.38kV低压配电网。如图2和图3所示，系统有8个分布式代理(Agent)，分别用A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8表示，其中A3为牵制代理。一个代理只能与其在通信拓扑上直接相邻的代理进行通信。系统有8个本地控制器(LC)，分别用LC1，LC2，LC3，LC4，LC5，LC6，LC7，LC8表示。基于电力系统计算机辅助设计/含直流电磁暂态仿真(英文简称：PSCAD/EMTDC)平台搭建仿真微电网模型，在矩阵实验室(英文简称MATLAB)中模拟多代理系统，建立多智能体系统基于牵制的微电网分布式协同控制算法程序，利用PSACD中的用户自定义接口(英文简称UDI)模型将MATLAB中的算法与电力系统计算机辅助设计(英文简称PSCAD)模型联合运行，从而利用联合仿真技术实现本发明的控制方法的仿真验证。

针对孤岛运行模式下的微电网进行分布式电源拔出操作的情况进行了仿真，验证本发明方法的控制效果，即适用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，能够适应微电网通信拓扑的变化，满足微电网中通信线路开断和分布式电源即插即用操作的需求。微电网运行在孤岛模式，储能系统运行在V/f控制(对应中文为：恒压/恒频控制)模式下，其余分布式电源运行于PQ(对应中文为：恒功率控制)控制模式下。

6秒时，微电网进行分布式电源拔出操作，光伏由于故障退出运行，微电网功率平衡被打破，微电网通信拓扑发生改变。首先，储储能系统进行一次控制，增发功率维持孤岛微电网的功率平衡。由于光伏代理A1切除，参与牵制控制的代理总数n_Δ(t)变为(n_Δ(t)-1)，预定义一致值做出相应的改变，通信耦合矩阵和牵制控制更新矩阵进行相应的更新。风力发电机组和微型燃气轮机进行协同增发有功功率和无功功率，寻求与牵制代理同步。风力发电机组增发后达到容量限制0.06MW，这是预定义一致值按照式(2)进行调整，风力发电机增发至最大限制功率，微型燃气轮机增发与预定义一致值跟踪同步。当分布式电源输出达到预定义值时，储能系统功率输出自动变为0，即完成总功率缺额在分布式电源之间共享，由分布式电源取代储能系统弥补系统功率缺额，实现微电网分布式协同控制。仿真结果如图4至图5所示。

图4中，P_ESS表示储能系统的有功功率输出曲线。储能系统运行于V/f控制模式，6秒时，光伏退出运行，微电网出现功率缺额，储能系统增发有功功率维持系统功率平衡。在风力发电机和微型燃气轮机协同增发后，储能系统的有功功率输出逐渐变为0。P_MT表示微型燃气轮机有功功率输出曲线，P_WT表示风力发电机有功功率输出曲线。微型燃气轮机和风力发电机运行于PQ控制模式下，6秒时微型燃气轮机和风力发电机协同增发有功功率，代替储能系统平衡系统功率缺额，同时使储能系统有功功率输出逐渐变为0。其中，由于风力发电机发电容量限制，其增发后最大输出有功功率只能达到0.06MW。P_PV表示光伏有功功率输出曲线。光伏运行于PQ控制模式，维持功率稳定输出，6秒时，光伏由于故障退出运行，输出有功功率变为0。

图5中，Q_ESS表示储能系统的无功功率输出曲线。储能系统运行于V/f控制模式，6秒时，光伏退出运行，储能系统增发无功功率维持系统功率平衡。在风力发电机和微型燃气轮机协同增发后，储能系统的无功功率输出逐渐变为0。Q_MT表示微型燃气轮机无功功率输出曲线，Q_WT表示风力发电机无功功率输出曲线。微型燃气轮机和风力发电机运行于PQ控制模式下，6秒时微型燃气轮机和风力发电机协同增发无功功率，代替储能系统平衡系统功率缺额，同时使储能系统无功功率输出逐渐变为0。Q_PV表示光伏无功功率输出曲线。光伏运行于PQ控制模式，维持功率稳定输出，6秒时，光伏由于故障退出运行，输出无功功率变为0。

从本实施例可以看出，采用本发明的控制方法后，微电网协同控制可以有效的适应通信拓扑的变化，满足微电网中分布式电源即插即用操作的需求，各分布式电源协同控制维持系统功率平衡，同时在实施工程中考虑了分布式电源发电容量的限制。本发明提出的方法有很好地控制效果。

Claims (6)

1.一种用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，微电网采用多代理系统，包括分布式电源代理、储能系统代理、负荷代理，共有n个代理，其中一部分代理是被控制的牵制代理，其余代理通过与牵制代理的通信耦合，以分布的方式跟踪同步；该控制方法包括以下步骤：

步骤10)进行一次控制，获取功率缺额：在孤岛模式下，微电网储能系统运行在恒压/恒频控制模式下，维持微电网的功率平衡，发生事故时，储能系统代理自动进行一次控制，在一次控制中，储能系统输出有功功率的参考值为微电网总有功功率的缺额，储能系统输出无功功率的参考值为微电网总无功功率的缺额；

步骤20)测算牵制控制的预定义一致值：在不确定通信拓扑下，测算牵制控制的预定义一致值，该预定义一致值包括有功功率预定义一致值ΔP_c和无功功率预定义一致值ΔQ_c；

步骤30)代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步：多代理系统中的除牵制代理外的各代理通过通信耦合与牵制代理寻求同步，使得参与牵制控制的分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值；

步骤40)进行二次控制，实现总功率缺额的共享：各分布式电源代理的有功功率增发量和无功功率增发量达到预定义一致值时，各分布式电源代理根据预定义一致值增发功率，完成系统二次控制，实现总功率缺额在分布式电源之间共享。

2.按照权利要求1所述的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，所述的步骤20)中，依照式(1)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{P}_c=P_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_c=Q_{\mathrm{ref}}^F/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\end{array}\right.$    式(1)

其中，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量。

3.按照权利要求1所述的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，所述的步骤20)中，基于受到分布式电源的发电容量限制，依照式(2)测算牵制控制的预定义一致值：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{P}_c(P_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_c=(Q_{\mathrm{ref}}^F-\underset{h=Y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{Mi}})/(m_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-x_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}-y_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)})\end{array}\right.$    式(2)

其中，Y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理集合，ΔP_Mh表示第h个分布式电源的最大有功功率增加量，m_Δ(t)表示参与牵制控制的代理总数，x_Δ(t)表示牵制代理的数量，y_Δ(t)表示达到最大容量限制的分布式电源代理数量，ΔQ_Mh表示第h个分布式电源的最大无功功率增加量。

4.按照权利要求1所述的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，所述的步骤30)包括以下过程：

定义一个时变矩阵Θ_Φ和一个切换序列S表示不确定通信拓扑，切换序列 …；k为整数，且k≥0；表示切换序列S中第1个切换区间，表示切换序列S中第2个切换区间，表示切换序列S中第k+1个切换区间；表示在时间t₀时的通信拓扑，表示在时间t₁时的通信拓扑，表示在时间t_k时的通信拓扑；Φ表示通信拓扑集合，时变矩阵Θ_Φ用于表征微电网的在不同时刻的拓扑结构；Θ_Φ基于切换序列S，随着切换区间的改变而改变：

第i个代理在不确定通信拓扑下的牵制控制，依照式(3)确定：

   式(3)

其中，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理的集合，N_i(t)为一个时变的集合；Δ(t)是介于时间t_k和t_k+1之间的时间区间，Δ(t)＝[t_k,t_k+1)；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵；表示第j个代理增发有功功率的参考值，表示第i个代理增发有功功率的参考值，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)≥0；d_i,Δ(t)＝0表示第i个代理没有被牵制控制，表示第i个代理增发无功功率的参考值，表示第j个代理增发无功功率的参考值，δ表示的微分，δ表示的微分；W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，w_ij,Δ(t)是W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，若代理i和代理j通过通信线路连接，w_ij,Δ(t)≠0；否则，w_ij,Δ(t)＝0；

如式(4)所示，定义控制误差e_i：

$e_i=\left[\begin{array}{c}{e}_{p,i}\\ e_{q,i}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{ref},i}^S-\mathrm{\&Delta;}{P}_c\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_{\mathrm{ref},i}^S-\mathrm{\&Delta;}{Q}_c\end{array}\right]$    式(4)

式(3)根据e_i，改写为式(5)：

   式(5)

其中，e_i表示第i个代理的控制误差，e_j表示第j个代理的控制误差，e_p,i表示第i个代理的有功功率控制误差，e_q,i是第i个代理的无功功率控制误差；δe_i表示e_i的微分；表示切换序列S中切换区间上的拓扑矩阵；

整个微电网的牵制控制，使用如式(6)所示的矩阵形式表示：

${\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}\mathrm{\&delta;E}={\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}\left[\begin{array}{c}{W}_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\mathrm{\&delta;}{E}_P-(D_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\&times;I_m)\mathrm{\&delta;}{E}_P\\ W_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\mathrm{\&delta;}{E}_Q-(D_{\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}\&times;I_m)\mathrm{\&delta;}{E}_Q\end{array}\right]$    式(6)

其中，E表示微电网控制误差矩阵，δE是E的微分，W_Δ(t)表示时变的通信耦合矩阵，E_P表示微电网有功功率控制误差矩阵，E_P＝[e_p,1、e_p,2、…、e_p,n]，e_p,1表示第1个代理的有功功率控制误差，e_p,2表示第2个代理的有功功率控制误差，e_p,n表示第n个代理的有功功率控制误差；δE_P表示E_P的微分；D_Δ(t)表示微电网牵制矩阵，D_Δ(t)＝[d_1,Δ(t)、d_2,Δ(t)、…、d_n,Δ(t)]，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_2,Δ(t)表示第2个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益；I_m表示单位矩阵；E_Q表示微电网无功功率控制误差矩阵，E_Q＝[e_q,1、e_q,2、…、e_q,n]，e_q,1表示第1个代理的无功功率控制误差，e_q,2表示第2个代理的无功功率控制误差，e_q,n表示第n个代理的无功功率控制误差，δE_Q表示E_Q的微分；

当微电网的拓扑结构发生变化，式(6)改写成式(7)：

${\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}\mathrm{\&delta;E}=W_{P,\mathrm{\&Delta;}\left(t\right)}{\mathrm{\&Theta;}}_{\mathrm{\&Phi;}}E$    式(7)

式中，W_P,Δ(t)表示微电网牵制控制的更新矩阵。

5.按照权利要求4所述的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，所述的步骤30)中，w_ij,Δ(t)的数值按照式(8)计算，适应通信拓扑的改变：

   式(8)

其中，θ为常数，0<θ<1；n_i表示与第i个代理相邻的代理的数量，n_j表示与第j个代理相邻的代理的数量。

6.按照权利要求4所述的用于不确定通信拓扑的微电网协同控制方法，其特征在于，所述的步骤30)中，W_P,Δ(t)如式(9)所示：

   式(9)

其中，N₁(t)表示与第1个代理相邻的代理集合，N_i(t)表示与第i个代理相邻的代理集合，N_n(t)表示与第n个代理相邻的代理集合，N₁(t)、N_i(t)、N_n(t)均为时变的集合；w_1j,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，j)个元素，w_1i,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，i)个元素，w_1n,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(1，n)个元素，w_i1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，1)个元素，w_ij,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，j)个元素，w_in,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(i，n)个元素，w_n1,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，1)个元素，w_ni,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，i)个元素，w_nj,Δ(t)表示W_Δ(t)矩阵的第(n，j)个元素，d_1,Δ(t)表示第1个代理的牵制控制增益，d_i,Δ(t)表示第i个代理的牵制控制增益，d_n,Δ(t)表示第n个代理的牵制控制增益。