基于源荷储分散式协同的自治电力系统紧急控制研究

With the rapid propulsion of energy innovation and power grid intelligent strategy, a kind of power systems characterized by autonomous running in islanded operation mode or islanding from main grid will play an important role on electrical generation - transmission - distribution and utilization in the future. An autonomous power system is a high randomness and low anti-jamming nonlinear dynamic system with changing topological structures and complex operation conditions. The cooperative emergency control based on the distributed cooperation of energy sources, loads and energy storages is an effective method to maintain the stability of the autonomous power system. In this project, a multi-agent system based decentralized cooperative theory is introduced and studied from four aspects: a) the framework of cooperative control, b) the information exchanging method, c) the cooperative emergency control strategy, d) simulation and experimental validation. The decentralized information exchanging methods (single-layer / two-layer / pining consensus) are put forward to adapt for different scaled (autonomous microgrids /regional autonomous power systems) autonomous power systems under different control modes (master-slave / peer to peer). Accordingly the decentralized cooperative emergency control strategies are proposed based on the different information exchanging methods to solve a series of problems including the dependence of master agent, information time delays, convergence of consensus algorithm, topologies changes, over control and over shed. Research achievements of this project can lay a theoretical foundation and technical guidance for the decentralized emergency control of autonomous power systems.

随着能源革新和电网智能化战略的快速推进，以独立或脱网自治运行为特征的电力系统将在未来的发-输-配-用电环节中发挥重要作用。自治电力系统是一个具有高随机性、低抗干扰性、拓扑结构多变、运行工况复杂等特征的非线性动力系统，基于源荷储分散式协同的紧急控制是维持自治电力系统稳定运行的有效方法。本项目引入多智能体分散式协同理论，从协同控制框架、信息交互方法、协同紧急控制策略、仿真及实验验证四个方面展开深入研究，提出适用于不同规模（自治微电网/区域自治电力系统）、不同控制模式（主从/对等模式）的分散式信息交互方法（单层/双层/牵制一致性），设计基于不同信息获取和分享方法的分散式协同紧急控制策略，解决主agent依赖、信息时延、一致性收敛、拓扑结构多变和过控过切等一系列难题，为建立自治电力系统分散式紧急控制体系提供重要的理论支撑和技术支持。

随着电网智能化战略的快速推进，以脱网或孤岛自治运行为特征的电力系统（主要是独立微电网）将在未来的智能配用电系统中发挥重要作用。独立微电网由于失去了大电网的支撑，是一个具有高随机性、低抗干扰性、运行工况复杂等特征的非线性动力系统。如何维持独立微电网稳定运行已成为当前电力系统关注的焦点之一。本项目采用多智能体协同理论，在分布式框架下协调系统内分布式电源、复合储能、多级可控负荷等，旨在解决自治电力系统紧急控制的关键问题，主要研究内容包括：（1）提出基于多代理（Multi-agents，MAS）的分布式协同理论，通过局部信息交互实现类全局关键信息的共享；并提出基于图论的通信拓扑结构优化方法；（2）提出基于一致性的分布式信息交互方法，包括基于主从式单层一致性的全局信息交互方法、基于双层一致性（最近邻居规则）的全局信息交互方法以及基于牵制一致性的全局信息交互方法；（3）提出独立微电网分布式协同控制方法，包括主从模式下基于参与因子的协同分配算法、对等模式下基于虚拟等效转动惯量的功率预测算法以及多级负荷协同优化减载算法等；（4）在常规一致性算法中引入模型预测机制，提出分布式预测一致性协同控制方法，提高独立微电网控制过程的动态性能和系统鲁棒性。依托微电网仿真平台和数模混合实验平台，对自治电力系统的分布式信息交互方法和协同控制策略分别进行仿真和实验验证。本项目研究成果将为建立独立微电网分布式协同控制体系和方法，提供重要的理论支撑和技术支持。