基于多智能体的含可再生能源孤岛微电网协调控制研究

Islanded microgrids have important applications in the large-scale blackout, island, and large ships. There are plenty of scholars engaged in the research in this area. But the related research is less systematic or rigorous in theory. For the improvement of economy and the stability of the system, this projected intends to studied coordination control among generator, energy storage and controllable loads in island mircogrid with renewable energy resources using multi-agent framework. Several aspects content are included in this project: Based on the features of island mircogrid, the controllability of the each facilities will be analyzed, and the dynamical model of island mircogrid will be established, which described the economic utility and operation constraints; The coordinated scheduling and frequency control schemes will be designed based on the coordination among generator, energy storage and controllable loads, and the effectiveness and performance of related algorithms will be analyzed by strict theoretical analysis; the experimental platform of Islanded mirogrid will constructed for testing and assessment proposed algorithm. On one hand, these theoretical results will extend the research field of coordinated control of multi-agent systems; on the other hand, they will provide potential solutions for the safe, stable and economic operation of island microgrids.

孤岛微电网在灾变、海岛、大型舰船等场景下，有着重要应用价值。虽然在电力与电子领域众多学者从事相关研究，但这些研究缺乏系统性同时缺少严谨的理论支撑。为提高系统运行的稳定性与经济性，本项目以孤岛微电网的稳定与经济高效运行为目标，基于多智能体框架研究发电、储能与可控负荷的协调问题。主要研究内容包括：第一，分析孤岛型微电网中电力设施运行特性，归纳各种可控设备的控制限制、动态特性、运行约束与经济特性；其次，基于多智能体协调的理论框架，设计孤岛微电网发电、储能和可控负荷的协同调度策略与频率控制方法，并从理论上分析所提协同调度策略与频率控制方法的有效性及算法的性能；最后，建立小型微电网实验平台，并测试所提协调策略的效能。在理论上发展完善多智能体协调控制理论，在应用上为孤岛微电网的稳定与经济高效运行提供控制与优化方案。

本项目结合孤岛微电网的特征和应用需求，研究孤岛微电网的发电、储能与可调负荷协调的多智能体系统建模、动力分析和分布式优化与控制问题。在分析和归纳孤岛型微电网中电力设施运行特性，归纳各种可控设备的控制限制、动态特性、运行约束与经济特性基础上，项目组沿着将多智能体系统协同方法应用于孤岛微电微电网思路，用分布式的方法研究了孤岛微电经济分配、无功补偿、频率控制、直流输电调频等一系列问题。代表性的工作包括：研究了孤岛微电网的基于系统分区的分层分布式优化框架，在分层分布式优化框架中，分布式优化主体为电网中的各区域，即各区域内采用集中式优化，而区域间则为分布式优化，从而极大减轻了功率重分配过程中的通信负担，实现了电网功率重分配的快速完成；针对孤岛微电网拓扑结构的特点，提出了孤岛微电网的在线分支并行电压调节算，成功地将所提全局电压调节问题分解为一系列低维的局部电压调节问题，在无需时钟同步的条件了，实现了电压的全局优化与控制。除此之外，项目组将孤岛微电网的控制问题，抽象为一般的多智能体系统协同问题，研究了在时滞通信的条件下，利用时滞脉冲控制实现系统的协同。这些结果为孤岛微电网负荷、发电、储能三者之间的协同提供了有利的技术支撑，在理论上拓展了多智能体协调控制理论，获得的结果对孤岛微电网的构建、运行与控制具有一定的应用指导意义。项目共正式发表研究论文40篇，其中国际期刊论文23篇与国际会议论文17篇。包含IEEE Trans论文11篇。另有14篇期刊文章在线发表（含IEEE Trans 10篇）。