近年來，隨著世界經(jīng)濟快速發(fā)展和人們生活水平的提高，全球?qū)δ茉吹男枨笏郊眲∩仙７植际诫娫矗―istributed Energy Resources, DER）的提出很好地解決了相關(guān)難題，也勢必將成為未來大型電網(wǎng)的有力補充和有效支撐。但由于受自然環(huán)境條件的制約，DER也存在一些缺點。

為了把DER整合到主電網(wǎng)中，同時削弱對電網(wǎng)的負面影響，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現(xiàn)DER即插即用。但在穩(wěn)態(tài)時，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DER的全部信息，然后向每個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，且考慮了時滯和丟包等問題，但該方案只能在一定范圍內(nèi)克服時滯和丟包的影響，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)計了將極限學(xué)習(xí)機（Extreme Learning Mechanism, ELM）以及模型預(yù)測控制（Model Predictive Control, MPC）相結(jié)合的預(yù)測補償機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?？刂坪蚔LFCC相結(jié)合，設(shè)計了SVLFCC來解決擾動問題。

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

圖1 第i個DER的分層控制架構(gòu)框圖

總結(jié)

在考慮通信丟包和擾動問題的前提下，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)計了將ELM與 MPC相結(jié)合的預(yù)測補償機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)計了將SMC與VLFCC相結(jié)合的SVLFCC來解決通信擾動問題。

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

仿真實驗表明，相比于單獨使用ELM或者MPC來完成預(yù)測補償，本文提出的預(yù)測補償環(huán)節(jié)可以得到更好的預(yù)測精度，即預(yù)測數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差最??；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問題，且在SMC抑制擾動后能很好地完成一致性控制。