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  • 頭條CPS概念下基于事件觸發(fā)且考慮通信丟包及擾動(dòng)的微網(wǎng)分層控制策略
    2020-10-19 作者:楊秋霞、袁冬梅、郭小強(qiáng)、張博、支成  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語河北省電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué))的研究人員楊秋霞、袁冬梅、郭小強(qiáng)、張博、支成,在2019年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出,信息物理融合系統(tǒng)(CPS)在微網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用,但也引發(fā)了許多通信問題。 在考慮通信丟包和擾動(dòng)的情況下,為了提高微網(wǎng)中各分布式電源輸出電壓和頻率的控制效果,提出了一種基于事件觸發(fā)的分層控制策略,該控制策略的結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)絡(luò)層和物理層。 在網(wǎng)絡(luò)層中,基于事件觸發(fā)的思想,設(shè)計(jì)了將極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)與模型預(yù)測(cè)控制(MPC)相結(jié)合的預(yù)測(cè)補(bǔ)償機(jī)制和考慮丟包問題的虛擬領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨一致性控制(VLFCC)方法來解決丟包問題;設(shè)計(jì)了將滑??刂疲⊿MC)與VLFCC相結(jié)合的SVLFCC來解決通信擾動(dòng)問題。在物理層中,基于信息層中的事件觸發(fā)機(jī)制來完成對(duì)電壓和頻率的二次控制,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后,通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該策略的有效性。

    近年來,隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們生活水平的提高,全球?qū)δ茉吹男枨笏郊眲∩仙?。分布式電源(Distributed Energy Resources, DER)的提出很好地解決了相關(guān)難題,也勢(shì)必將成為未來大型電網(wǎng)的有力補(bǔ)充和有效支撐。但由于受自然環(huán)境條件的制約,DER也存在一些缺點(diǎn)。

    為了把DER整合到主電網(wǎng)中,同時(shí)削弱對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響,微電網(wǎng)概念隨之衍生出來。目前,在微電網(wǎng)系統(tǒng)中普遍采用下垂控制來實(shí)現(xiàn)DER即插即用。但在穩(wěn)態(tài)時(shí),系統(tǒng)頻率和電壓與參考值存在偏差且不能合理分配無功功率。因此,通常需要改進(jìn)下垂控制或者添加二次控制而形成分層控制來校正頻率和電壓。本文主要研究二次控制。

    傳統(tǒng)的二次控制采用基于中央控制器的集中式控制結(jié)構(gòu),需要收集每個(gè)DER的全部信息,然后向每個(gè)DER發(fā)送控制指令。通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,通信量巨大,降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近些年來,分布式協(xié)調(diào)控制策略被廣泛應(yīng)用到微電網(wǎng)的二次控制中。在分布式協(xié)調(diào)控制中,每個(gè)DER的控制器僅與鄰近的DER通信,且不需要中央控制器,提高了系統(tǒng)的魯棒性。

    • A. Bidram等在一階逆變器模型的基礎(chǔ)上,提出一種分布式平均PI控制器來消除頻率的偏差,但沒有考慮電壓的恢復(fù)控制。
    • 陳萌等將多智能體的分布式協(xié)調(diào)控制理論應(yīng)用到二次控制中,提出了一種分布式二次電壓和頻率控制算法。
    • 有學(xué)者提出了一種基于多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制策略。但是該控制策略并沒有考慮網(wǎng)絡(luò)層的通信問題。
    • 有學(xué)者提出了孤島微電網(wǎng)的電壓和頻率的二次控制方案,且考慮了時(shí)滯和丟包等問題,但該方案只能在一定范圍內(nèi)克服時(shí)滯和丟包的影響,有一定的局限性。

    綜上所述,為了提高微電網(wǎng)中各DER輸出的電壓和頻率的質(zhì)量,并且考慮通信丟包和擾動(dòng)問題,本文提出了一種基于信息物理融合系統(tǒng)(Cyber physical system, CPS)概念的分布式分層控制策略。

    在網(wǎng)絡(luò)層中:基于事件觸發(fā)的思想,設(shè)計(jì)了將極限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreme Learning Mechanism, ELM)以及模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control, MPC)相結(jié)合的預(yù)測(cè)補(bǔ)償機(jī)制和一種考慮丟包問題的虛擬領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨一致性控制(Virtual Leader-Following Consensus Control, VLFCC)來解決丟包問題;同樣基于事件觸發(fā)的思想,將滑模控制和VLFCC相結(jié)合,設(shè)計(jì)了SVLFCC來解決擾動(dòng)問題。

    在物理層中,基于信息層中的事件觸發(fā)機(jī)制來完成對(duì)電壓和頻率的二次控制,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    CPS概念下基于事件觸發(fā)且考慮通信丟包及擾動(dòng)的微網(wǎng)分層控制策略

    圖1 第i個(gè)DER的分層控制架構(gòu)框圖

    總結(jié)

    在考慮通信丟包和擾動(dòng)問題的前提下,為了改善微電網(wǎng)中各DER由下垂控制輸出的電壓和頻率的控制效果,本文提出了一種基于CPS概念的分層控制策略。

    在網(wǎng)絡(luò)層中:①基于事件觸發(fā)的思想,設(shè)計(jì)了將ELM與 MPC相結(jié)合的預(yù)測(cè)補(bǔ)償機(jī)制和一種考慮丟包問題的VLFCC來解決丟包問題;②同樣也基于事件觸發(fā)的思想,設(shè)計(jì)了將SMC與VLFCC相結(jié)合的SVLFCC來解決通信擾動(dòng)問題。

    在物理層中:基于信息層中的兩種事件觸發(fā)機(jī)制來完成對(duì)電壓和頻率的二次控制,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    仿真實(shí)驗(yàn)表明,相比于單獨(dú)使用ELM或者M(jìn)PC來完成預(yù)測(cè)補(bǔ)償,本文提出的預(yù)測(cè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)可以得到更好的預(yù)測(cè)精度,即預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)誤差最??;考慮丟包的VLFCC可以有效地解決丟包問題,使得被控電壓和頻率被調(diào)整至各自的參考值;本文提出的事件觸發(fā)機(jī)制具有很好的抗丟包效果;本文提出的SVLFCC可以很好地解決通信擾動(dòng)問題,且在SMC抑制擾動(dòng)后能很好地完成一致性控制。