分布式发电微网系统中的协调与优化控制问题研究

Distributed generation of renewable energy is one of the major energy development strategies in China, while micro-grid technology is an ideal way for deploying distributed power generation. Thus, it is nowadays a hot research topic within smart grid area. However, how to improve the economic performance of micro-grids has hindered its deployment in China. Therefore, it is of great significance to achieve improvement in terms of efficiency, reliability and flexibility by utilizing coordination and optimization technologies from different layers (steady-state layer and dynamic layer) between multiple different types of energy sources and loads in a micro-grid. This research will be focusing on basic scientific issues such as robust coordination and optimal control theory, improving the traditional hierarchical control framework of micro-grid and analyzing the impact of environmental uncertainties and model mismatches on the convergence of steady-state layer. Moreover, coupling mechanism between the subsystems on dynamic layer will be obtained and theoretical results on distributed optimal control methodology based on adaptive dynamic programming theory will be given. For distributed generation systems, rapid and efficient implementation issues of complex distributed control algorithms will be addressed via hardware and software means, and theoretical results with independent intellectual property rights will be acquired. Finally, through this research, theoretical outcomes will be verified in practical applications and thus it can provide a promising solution for optimizing the performance of future micro-grids.

发展分布式新能源发电是我国能源战略重大需求之一，而微电网是利用分布式新能源的理想方式，也是智能电网建设的重点研究方向。目前，如何提高微网运行的经济性能和电能质量，已成为微网技术推广的瓶颈问题。因此，通过实现多种能源和可控负荷之间在多个层面（一次、二次控制层）上的协调和优化控制，以提高微网的效率、可靠性和灵活性，具有非常关键的意义。本项课题拟研究分布式协调理论和在线自适应动态规划控制等基础科学问题，提出分层控制框架分布式控制模式的全局协调与性能优化控制体系：深入分析异构特性和环境不确定性对二次控制层收敛性的影响，提出稳态优化解不可行时的快速协调恢复机制；充分考虑子系统拓扑结构、时钟同步耦合、未知动态性能和干扰等因素，给出基于自适应动态规划理论的分布式在线最优控制方法理论成果；探索分布式先进控制算法的高效表达和高速实现方法，设计具有自主知识产权的软硬件系统，大力推动分布式微网技术的发展。

微电网是一个由分布式发电单元、储能单元以及负荷组成的小型电力系统，其本身具有惯性低、不确定性大的特点。如何提升微电网的动态控制性能，一直是研究者们重点关注的领域。本项目从理论与应用两个方面对其中一些基本控制问题开展了研究工作，采用动态性能提升控制技术、鲁棒自适应动态规划、一致性分布式控制理论等方面改善微电网系统的控制性能。具体完成的研究内容包括：提出了一种动态性能提升的优化控制理论，通过严格的数学证明保证了不确定非线性系统的动态与稳态控制性能的最优性；面向具有多个分布式发电储能单元的微电网系统，研究了基于一致性的分布式优化算法，实现了在系统动态未知情况下的动态性能调节；针对一个由发电储能单元组成的微电网系统，将所设计的控制方法应用在系统控制中，并通过开关级微电网仿真平台验证了所设计算法的有效性。.总体上，项目组按照资助项目计划书中的既定研究计划开展了研究工作，超额完成了预期的研究成果，实现了各项研究目标。本项目已发表/录用学术论文27篇，其中，SCI检索国际著名期刊学术论文16篇（包括TAC论文1篇，其他IEEE汇刊9篇），EI检索论文10篇（包括自动控制领域国际顶级会议CDC会议论文1篇）。此外，还授权了发明专利14项，软件著作权2项。