基于博弈论的高渗透率微网群分布式优化控制技术研究

With the ever increasing penetration of microgrids, the distributed nature is more and more obvious in microgrid cluster, which is composed by amounts of and geographically dispersed microgrids. Then how to characterize the dynamical network topology of microgrid cluster and implement effective operational control, become hot topics in the field of microgrid research. To this end, the project aims to reveal the dynamical and complex nature of large-scale microgrids, and further establish the distributed optimization and coordination mechanism for microgrid cluster based on game theory, and the distributed optimization methods and operational control strategies for microgrid cluster will be provided under dynamical network topology and different operation modes. The main research content includes: (1) For the microgrid cluster including large-scale and heterogeneous microgrids, the influence of dynamics of network topology on its operational control will be explored and the dynamical network topology prediction and design techniques for microgrid cluster will be developed. (2)The general structure mapping between the operational optimization of microgrid cluster and distributed optimization methodology will be explored based on game theory, then the corresponding game model for the control of microgrid cluster will be developed to ensure the optimality and stability of the power smoothing control, as well as voltage stability and frequency stability control in microgrid cluster. (3)The distributed optimization algorithms for microgrid cluster under local and time varying networks will be proposed. The algorithms aim to achieve the objective of fastness and robustness of optimal operation for microgrid cluster through dynamical evolution of control step of single autonomous microgrid. The research is a key technology in the field of optimization and control for microgrid, and it will be applied to network topology design, and distributed optimization and control for microgrid cluster.

随着微网渗透率的提高，其分布式特性越来越明显，如何刻画多个分布式微网所组成微网群的动态拓扑结构，并在此基础上实现有效的运行控制，成为微网研究中的热点问题。为此，本项目通过刻画大规模微网间交互行为的动态性和复杂性，建立基于博弈论的微网群分布式优化协调机制，研究微网群在拓扑结构时空动态变化下的多主体分布式优化控制策略，主要研究包括：考虑拓扑动态性对微网群运行控制的影响，构建微网群网络拓扑的动态预测和设计技术；研究分布式微网运行优化问题和博弈优化模型之间的一般性结构映射关系，建立反映微网群优化管理机制的系统博弈模型，实现微网群在功率平滑、电压和频率稳定等方面决策控制的最优性和稳定性；提出基于局部时变拓扑的分布式策略优化算法，实现微网群在动态拓扑和随机扰动下运行优化的快速性和鲁棒性。该研究是微网优化控制领域关键技术，研究成果可应用于微网群的网络拓扑设计、分布式优化及控制。

为了解决高渗透率微网所带来的微网群的动态拓扑刻画和有效运行控制等问题，本项目建立了描述微网群功能角色和相互作用机理的网络拓扑模型，提出微网群动态网络拓扑的预测和生成方法，实现微网群广域跨平台信息协同方案；建立分布式微网运行优化管理和基于博弈论的研究框架之间的一般性联系，构建相应的博弈模型对高渗透率微网群的分布式优化问题进行映射建模；提出基于一般用户间双向时变交互条件下的分布式优化算法，实现微网群系统的潮流优化和电压、频率稳定；建立优化过程中基于单向时变交互信息的分布式博弈优化算法，实现微网群的短期功率平衡目标和长期能量管理目标；建立系统性的微网群系统运行优化控制方法和实验平台，形成物理意义清晰并且基于长、短时间尺度的控制思路和实验方法。相关的交互机理和网络拓扑预测和设计方法已推广应用于以可再生能源为主的冷热电联供微网系统、有源配电网运行状态的分布式感知与功率平衡控制，显著提高了电网的鲁棒性和可靠性；相关新能源波动下的无功优化和电压稳定方法已在中国节能环保集团张北绿脑包风电场得到了示范应用；在通信不可靠下的微网群的频率支撑和系统稳定控制方法已在国内首个配电网信息物理融合系统示范工程（福建电力厦门供电公司）中得到了应用推广，为未来高比例新能源下配电网优化控制方面的大规模工程应用奠定基础。在项目的研究过程中，实现培养研究生6名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文15篇，申请国家发明专利9项（其中授权专利4项），获得浙江省科技进步二等奖等省部级以上奖励5项。本项目组的讲师2名在项目支持下均已获得浙江大学副高职称，博后1名在项目支持下已获得辽宁石油化工大学副高职称、博士研究生1名在项目支持下已获得杭州电子科技大学副高职称，完成了项目既定的研究目标和任务。