基于数据与机理分析的有源配电网状态估计与网络化趋优协调控制

As an important part of the smart grid, active distribution networks being intelligent and initiative are achieved by state estimation and approximate-optimal coordination control, the research of which is an international academic frontier with significant theoretical and application value. Considering the difficulties and challenges in the research of state estimation and approximate-optimal coordination control of active distribution networks together with the limitations existing in the research on the basis of either mechanism or data, the project carries out the research based on a combination of data and mechanism analysis, namely, involving the analysis of the source-network-load interaction mechanism and the dynamic modeling of multi-temporal and spatial scales; studying the distributed cooperative monitoring and state estimation methods considering the effect of dynamic complexity of the measurement environment and massive partial data; researching the networked approximate-optimal coordination control methods of active distribution networks under the cloud-triggered mechanism. On this basis, a dynamic coordination control architecture is to be constructed in which the upper level is approximate-optimal coordination and the lower is source-load interaction networked distributed coordination control for realizing the optimization goal of active distribution networks, and it is to be verified in application by experiment combining Jinzhou active distribution networks, which lay a foundation of theory and technology for large-scale distributed energy sources integrating into active distribution networks , improving power quality and achieving active control and management and optimization of system operation.

有源配电网是智能电网的重要组成部分，支撑有源配电网实现智能性与主动性的状态估计与趋优协调控制方法，其研究属国际学术前沿，具有重要理论与应用价值。本项目考虑有源配电网状态估计与趋优协调控制研究中面临的困难与挑战，以及单一基于机理或数据的方法进行研究所存在的局限性，提出基于数据与机理分析融合的思想开展研究，重点研究：有源配电网源网荷互动机理分析与多时空尺度动力学建模；考虑测量环境的动态复杂性以及数据的海量与不健全性的影响，研究分布式协同监测与状态估计方法；研究云触发机制下有源配电网的网络化趋优协调与控制方法。在此基础上，构建上层趋优协调，下层源荷互动网络化分布式协调控制，以实现有源配电网趋优目标的动态协调控制架构，并通过实验以及结合锦州有源配电网完成应用验证工作，为有源配电网接纳大规模分布式能源、提高供电质量、实现主动控制与管理以及优化系统运行奠定理论与技术基础。

有源配电网的机理模型与监测数据均存在更多不确定性，状态估计需应对监测环境的复杂动态性和数据海量与不健全性，优化协调控制研究将面临系统可调资源众多且异构混杂、信息物理融合与多目标趋优等问题。本项目针对上述特征，研究形成了适用于有源配电网环境的高效监测与状态估计以及网络化趋优协调控制方法。主要体现在：1）分析了双网的耦合交互关系并建立了耦合连接关系，研究了双网共同作用下的动态演化规律，建立了混杂能源系统的多时间尺度分层控制框架，为研究源网荷在不同时空尺度上的相互作用机理及双网关联动态行为提供了理论基础；2）建立了分布式协同监测与状态估计方法，尤其是针对信息物理融合特性，提出了网络受到攻击下的状态估计方法，为应对有源配电网测量装置混杂、监测数据不完整以及系统整体多时空尺度特性下的状态估计问题提供了有效的解决方案；3）建立了不确定环境下的多目标趋优混杂优化方法，突破了有源配电网的多目标多约束下的优化协调控制技术；4）建立了不确定环境下的分布式协调控制策略，研究了时变时延的多智能体分布式优化方法和孤岛微电网的分布式二次控制策略等。特别地引入了事件触发机制，大大降低了数据通信压力，为研究有源配电网异质源荷设备即插即用提供了重要依据。.项目执行期间，共发表184篇高水平学术论文，其中SCI收录153篇、EI收录16篇，申请国家发明专利55项（授权19项），出版英文专著2部，获2019年江苏省科学技术奖一等奖1项，2017年中国自动化学会自然科学一等奖1项，2019年中国自动化学会技术发明一等奖1项，培养IEEE Fellow、国家优青、江苏省杰青、江苏省特聘教授各1名，培养博士研究生17名、硕士研究生34名。自主研发了18项覆盖主动配电网终端、区域、系统的软硬件功能模块、装置和系统，经中国自动化学会组织的鉴定委员会鉴定，认为研究成果在机理与数据融合驱动的安全评估、多模态协调切换与网络化协同控制技术、多目标一体化调度方法与技术方面达到国际领先水平。