分层分布式控制方式下多微电网系统稳态/动态性能分析与控制方法研究

Due to the limited capacity of a single microgrid and its weak anti-disturbance ability, a number of neighboring microgrids in a certain area will form a multi-microgrid system due to their need of interconnection and mutual supply. Compared with a single microgrid, the multi-microgrid system has the coordination problems among the microgrids. Since each microgrid has the characteristics of (i) diverse stakeholders, (ii) coupled control dynamics, and (iii) random plug and play operation, the centralized coordination based operation and control of multi-microgrid system is facing challenges. The distributed control method which relies on sparse communication network has become an effective way to realize the operation and control of multi-microgrid system. This project will establish a hierarchical and distributed operation and control system for multi-microgrid. Regarding the steady-state control, dynamic analysis and dynamic control, the research work will be carried out in the following three aspects: (1) proposing a hierarchical distributed control architecture and method to adapt to the heterogeneous and multi-state subject and proving the convergence of the control method; (2) establishing the dynamic model of multi-microgrid system, revealing its dynamic coupling mechanism and evaluating the risk of system oscillation; (3) proposing the optimization methods of the communication network and dynamic control system for the optimization of system dynamic performance and suppression of oscillation risk. Finally, a high-efficiency, safe and stable operation of multi-microgrid system will be achieved. The research of this project can provide the basic theory and key technical support for the high proportion and large-scale integration of distributed generations and microgrids in the future smart distribution system.

单一微电网容量有限、抗扰动能力弱，一定区域内多个邻近微电网因互联互供所需将形成具有层次化特点的多微电网系统。同单一微电网相比，多微电网系统存在各微电网之间的协调问题，且由于各微电网具有的利益主体多元、控制动态耦合、接入退出随机等特点，基于集中式协调的多微电网系统分层控制面临挑战，依托稀疏通信网络的分布式控制方法成为实现多微电网系统分层控制的有效途径。本项目将建立多微电网系统的分层分布式控制体系，面向稳态控制、动态分析与动态控制，提出适应异构多态主体的分层分布式控制架构与方法并证明控制方法的一致收敛性；建立多微电网系统的动态模型，揭示其动态耦合机理并评估系统振荡风险；提出面向动态性能最优和振荡风险抑制的通信网络和动态控制系统优化方法，最终实现多微电网系统的多目标高效安全稳定运行。本项目的研究成果可为未来智能配电系统中分布式电源、微电网的高比例、规模化接入提供基础理论和关键技术支撑。

单一微电网容量有限、抗扰动能力弱，一定区域内多个邻近微电网因互联互供所需将形成具有层次化特点的多微电网系统。同单一微电网相比，多微网系统能够进一步提升系统可靠性、实现更大范围内资源整合与优化配置。当多微电网系统自主运行时，由于缺乏主网支撑，抗扰动能力较弱，需要良好的运行控制系统保证其高效可靠运行。然而多微电网系统具有拓扑结构灵活、控制目标多样、控制策略复杂等特点，给控制系统设计带来了严峻挑战。针对上述问题，本项目主要开展了如下工作：（1）针对自主运行的多微电网系统控制策略复杂、集中控制困难的问题，以多代理技术和基于稀疏通信网络的分布式合作控制原理为理论基础，分别提出了多微电网的三层控制架构和两级-四层控制架构，同时，针对两种控制架构各控制层的控制目标，提出了相应分散/分布式的控制方法，可实现多微电网内的频率、电压、有功、无功等电气量的多目标协调控制。（2）针对分层分布式控制的多微电网系统缺乏详细的小信号动态建模以及完善的稳定性分析问题，根据提出的多微电网分层分布式控制方法，建立了考虑多微电网系统物理特性和控制动态的详细小信号模型，进一步，以模型特征根分析、参与因子分析以及参数灵敏度分析为手段详细分析了系统的小干扰稳定性。（3）结合上述稳定性分析的研究成果，分析了考虑通信延时情况下微电网分层分布式控制的时滞稳定性，揭示了不同控制参数大小和通信拓扑下通信延时对系统稳定性的影响机理，提出了延时补偿控制方法，增强了系统的时滞稳定性，同时，基于稳定性分析结果，设计了多维关键控制参数优化模型，提升了控制系统的动态性能。综上，本项目从自主运行的多微电网系统运行控制所面临的挑战出发，研究了其分层分布式控制架构与方法、小信号动态建模与稳定性分析以及动态性能优化控制方法，相关研究成果可为其运行控制提供重要的理论与技术支撑。