学术简报︱CPS概念下基于事件触发且考虑通信丢包及扰动的微网分层控制策略
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河北省电力电子节能与传动控制重点实验室（燕山大学）的研究人员杨秋霞、袁冬梅、郭小强、张博、支成，在2019年第15期《电工技术学报》上撰文指出，信息物理融合系统（CPS）在微网中得到广泛应用，但也引发了许多通信问题。
在考虑通信丢包和扰动的情况下，为了提高微网中各分布式电源输出电压和频率的控制效果，提出了一种基于事件触发的分层控制策略，该控制策略的结构分为网络层和物理层。
在网络层中，基于事件触发的思想，设计了将极限学习机（ELM）与模型预测控制（MPC）相结合的预测补偿机制和考虑丢包问题的虚拟领导者-跟随一致性控制（VLFCC）方法来解决丢包问题；设计了将滑模控制（SMC）与VLFCC相结合的SVLFCC来解决通信扰动问题。在物理层中，基于信息层中的事件触发机制来完成对电压和频率的二次控制，提高系统的稳定性。最后，通过仿真实验验证该策略的有效性。
近年来，随着世界经济快速发展和人们生活水平的提高，全球对能源的需求水平急剧上升。分布式电源（Distributed Energy Resources, DER）的提出很好地解决了相关难题，也势必将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑。但由于受自然环境条件的制约，DER也存在一些缺点。
为了把DER整合到主电网中，同时削弱对电网的负面影响，微电网概念随之衍生出来。目前，在微电网系统中普遍采用下垂控制来实现DER即插即用。但在稳态时，系统频率和电压与参考值存在偏差且不能合理分配无功功率。因此，通常需要改进下垂控制或者添加二次控制而形成分层控制来校正频率和电压。本文主要研究二次控制。
传统的二次控制采用基于中央控制器的集中式控制结构，需要收集每个DER的全部信息，然后向每个DER发送控制指令。通信网络复杂，通信量巨大，降低了系统的稳定性。近些年来，分布式协调控制策略被广泛应用到微电网的二次控制中。在分布式协调控制中，每个DER的控制器仅与邻近的DER通信，且不需要中央控制器，提高了系统的鲁棒性。
A. Bidram等在一阶逆变器模型的基础上，提出一种分布式平均PI控制器来消除频率的偏差，但没有考虑电压的恢复控制。
陈萌等将多智能体的分布式协调控制理论应用到二次控制中，提出了一种分布式二次电压和频率控制算法。
有学者提出了一种基于多智能体系统的分布式协同控制策略。但是该控制策略并没有考虑网络层的通信问题。
有学者提出了孤岛微电网的电压和频率的二次控制方案，且考虑了时滞和丢包等问题，但该方案只能在一定范围内克服时滞和丢包的影响，有一定的局限性。
综上所述，为了提高微电网中各DER输出的电压和频率的质量，并且考虑通信丢包和扰动问题，本文提出了一种基于信息物理融合系统（Cyber physical system, CPS）概念的分布式分层控制策略。
在网络层中：基于事件触发的思想，设计了将极限学习机（Extreme Learning Mechanism, ELM）以及模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）相结合的预测补偿机制和一种考虑丢包问题的虚拟领导者-跟随一致性控制（Virtual Leader-Following Consensus Control, VLFCC）来解决丢包问题；同样基于事件触发的思想，将滑模控制和VLFCC相结合，设计了SVLFCC来解决扰动问题。
在物理层中，基于信息层中的事件触发机制来完成对电压和频率的二次控制，提高系统的稳定性。
图1 第i个DER的分层控制架构框图
在考虑通信丢包和扰动问题的前提下，为了改善微电网中各DER由下垂控制输出的电压和频率的控制效果，本文提出了一种基于CPS概念的分层控制策略。
在网络层中：①基于事件触发的思想，设计了将ELM与 MPC相结合的预测补偿机制和一种考虑丢包问题的VLFCC来解决丢包问题；②同样也基于事件触发的思想，设计了将SMC与VLFCC相结合的SVLFCC来解决通信扰动问题。
在物理层中：基于信息层中的两种事件触发机制来完成对电压和频率的二次控制，提高系统的稳定性。
仿真实验表明，相比于单独使用ELM或者MPC来完成预测补偿，本文提出的预测补偿环节可以得到更好的预测精度，即预测数据的预测误差最小；考虑丢包的VLFCC可以有效地解决丢包问题，使得被控电压和频率被调整至各自的参考值；本文提出的事件触发机制具有很好的抗丢包效果；本文提出的SVLFCC可以很好地解决通信扰动问题，且在SMC抑制扰动后能很好地完成一致性控制。