基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略

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新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的研究人员肖湘宁、王鹏、陈萌，在2018年第8期《电工技术学报》上撰文指出，微电网是实现分布式电源灵活管理和控制的有效手段，相比传统集中式二次控制方式，分布式协调二次控制策略具有更高的灵活性和可靠性。

提出一种基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略，将分布式电源看作系统中的代理，二次电压控制等效为多代理系统的追踪同步问题。基于线性状态反馈设计了分布式控制器，其中采用状态估计器输出代替系统实际状态，进而利用事件触发控制器更新系统状态。

利用一定的通信网络，各代理利用本地及相邻代理的信息相互协调保证微电网电压恢复额定值，避免了对集中控制器的依赖。该控制策略允许各代理仅在事件触发时刻交换信息而非实时连续交换，减少了交换数据的信息量，降低了对通信网络的要求。利用一个孤岛微电网测试系统对所提控制策略的有效性进行了验证。

近年来，随着分布式电源（Distributed Generation, DG）的快速发展，微电网技术受到了广泛关注。作为智能电网的基本组成部分，微电网能够有效集成分布式电源、储能、负荷，实现自身内部的协调、优化运行，同时为主网提供各类辅助服务[1-3]。

微电网既能够并网运行，也可以在必要时孤岛运行。当并网运行时，微电网电压和频率参考可由主网提供，微电网通过联络线实现与主网的功率交换；而孤岛运行时，微电网将面临更严峻的问题，合理的频率和电压控制策略是实现其自身稳定运行的关键[4,5]。

目前，微电网分层控制结构被广泛应用于微电网电压控制[6-8]。其中，第一层通常采用下垂机制，维持微电网电压稳定，对应于电压的一次控制，该层控制为本地控制。但是，下垂控制将引起系统电压偏离参考值，降低电压质量。因此需要二次控制参与，对输出电压进行校正[9]。

针对微电网二次控制，传统解决方法采用集中控制方式，利用微网中央控制器（Microgrid Central Controller, MGCC）及辐射型的通信网络统筹微电网运行，为本地一次控制器设定参考值。通常，可利用PI控制器对误差信号进行补偿[10]。

这种集中式控制结构存在如下问题：①只能实现对单一母线电压的准确调节；②“即插即用”能力较差；③随着DG数量的增加，对计算和通信带宽的要求越来越高；④对MGCC依赖较大，MGCC故障将可能引起整个控制系统失效，可靠性较低[11,12]。

解决上述问题的有效方法之一是采用分布式多代理系统（Multi-Agent System, MAS）控制结构。将各DG看作系统中的agent，各个agent利用自身及相邻agent的通信信息实现自治运行，同时所有agent相互协调，共同完成既定控制目标，避免了对集中控制器的依赖[13-15]。

目前，部分文献已经对基于多代理系统的微电网分布式控制策略进行了初步探讨。文献[16]利用反馈线性化，将微电网二次电压控制等效为MAS二阶追踪同步问题。针对微电网无功电压控制。文献[17]提出了具有自趋优分布式特点的基于MAS的控制策略，能够有效调节母线电压。文献[18]同时考虑电压和频率二次控制问题，利用内模设计方法，提出了分布式二次电压和频率控制策略补偿微电网电压和频率误差，同时能够保证有功功率按照下垂系数准确分配。

上述控制策略均基于恒定周期采样控制方式，并未考虑通信系统限制，各代理之间信息交换量较大，对通信网的要求仍较高。但实际应用中，通信网络带宽有限，因此需要尽可能地降低通信系统负担。同时，降低系统的采样频率也有利于延长相应传感器的寿命[19]。

本文利用分布式MAS对微电网二次电压控制进行设计，其中只有少数agent能够接收领导节点的信息，一方面增强了系统的可靠性，另一方面提高了系统的可扩展性；利用线性状态反馈设计了分布式二次控制器。

为了避免agent之间信息的连续交换，进一步降低对通信网络带宽的需求，采用分布式事件触发控制器处理各agent的电压一致问题。这种控制方式只在事件触发时刻进行信息交换，其余时刻利用状态估计器输出代替实际agent状态，使各agent间的通信大大减少。

图1  孤岛微电网分布式控制结构示意图

结论

本文针对孤岛微电网二次电压控制，提出了一种基于多代理系统的分布式控制方法。各代理基于本地及相邻代理信息向领导节点同步。利用状态估计器设计了分布式事件触发控制策略。仿真结果表明，该方法在保证二次电压控制功能的基础上，避免了DG之间的连续信息交换，降低了对通信网络的要求。

本文虽然仅讨论电压二次控制，但是因为频率一次控制采用与电压控制类似的下垂控制，因此所提分布式控制方法也可类比应用于频率二次控制。

本文仅考虑了固定拓扑运行的情况，当DG因故障退出运行，或新DG接入等情况引起系统拓扑结构变化时，如何实时保证系统的稳定运行仍需进一步研究。