基于无线传感网络的微电网分布式鲁棒控制与信息网络性能协同优化研究

The transmission performance of cyber system significantly affects the distributed robust control of microgrid. Coordinated optimization between them is a cutting-edge topic that is deserved to explore. In the coordinated optimization of the microgrid with Wireless Sensor Network (WSN) that is adopted as the distributed cyber system, two main problems need to research. The first one is the optimization solve a problem, which is to get the parameters in distributed robust controller under contains stability of distributed control and target of control quality. Another one is the contradiction problem between the determinate requirement of transmission performance boundary from the controller and the realistically stochastic performance of WSN communication. Based on the existing research foundation, a type of coordinated optimization and control between distributed robust control of microgrid and communication performance of WSN is proposed to deal with those two problems. Three main research topics will be carried out, including the theory and optimized solve method for the distributed robust controller of the microgrid, the end-to-end transmission optimization of WSN, and the distributed fusion estimation algorithm of the feedback state for microgrid distributed controller. Through the works of this proposal, we try to provide new mentality for the application of distributed and networked robust control for the energy network like microgrid. The theory and method in the microgrid distributed control field will be also supplemented. The research result is also helpful for other distributed robust control method of other cyber-physical systems.

信息网络传输性能对微电网分布式网络化控制质量有较大的影响。两者的协同优化问题是微电网控制领域中一个值得探索的前沿性课题。本项目以无线传感网络为代表的分布式无线信息网络为对象，针对微电网控制稳定性和控制质量目标约束的分布式网络化鲁棒控制参数优化求解问题，以及分布式控制器对传输性能区间边界需求的确定性和无线传感网络现实传输性能随机性的矛盾问题，在已有的研究基础上，探索一类以微电网控制稳定性和控制质量目标约束的微电网分布式鲁棒控制与信息网络传输性能协同优化研究，并分别从微电网分布式控制鲁棒稳定的基础理论与优化求解，无线传感网络端到端通信传输性能优化，微电网状态信息分布式融合估计三个基础理论层面开展相关研究工作。拟通过项目的研究为微电网中分布式网络化鲁棒控制应用提供思路，进一步丰富微电网分布式控制的理论方法，并对其它物理与信息融合的分布式系统网络化鲁棒控制应用有一定的借鉴意义。

本项目从微电网分布式网络化控制系统的稳定性和电能质量需求出发，以分布式物理能源网络与无线分布式信息网络构成的分布式物理信息系统为对象，探讨基于无线传感网络的微电网分布式鲁棒控制与信息网络性能协同优化问题，完成了预期的研究目标：①本项目研究证明了考虑通信延时网络化控制系统稳定性分析常用的数学工具Bessel-Legendre积分不等式对Legendre多项式正交性要求并非必要条件。通过突破该正交性条件限制，推导了更加通用的积分不等式形态，提出了网络化控制系统相应的采样、传输与鲁棒控制器协同设计方法，并以此为基础揭示了网络采样间隔、服务率及数据丢包等通信性能和控制鲁棒性相互影响的内在规律。最后将该理论应用于受网络传输性能影响的微网分布式系统鲁棒控制优化中。②针对通信延时随机动态跳变的微网系统的稳定分析与控制器设计难题，本人采用马尔科夫跳变过程对通信延时跳变建模，并将相应的状态代入控制系统状态空间模型中，通过Lyapunov-Krasovskii稳定判据，发现了变延时微网系统中随机动态跳变延时与系统稳定裕度的关联机理，证明了延时跳变系统的稳定条件，并将理论成果应用于有跳变延时的微网系统电压/频率和功率分配协同控制中。③本人通过电力工业电磁环境对无线信道干扰的大量实验与分析，发现电磁环境影响具有冲击特性和拖尾特性。本人针对性提出采用alpha-stable分布解决冲击特性和拖尾特性背景噪音建模问题，建立了电力工业中无线通信网络节点空间距离和传输性能之间的耦合机理模型，提出了复杂电磁环境无线通信链接质量控制方法，并将相关理论应用于电力工业无线通信质量估计与控制应用中。.通过本项目的研究，培养研究生9名，其中1人获博士学位，8人获硕士学位。在国内外期刊上发表论文29篇，其中，中文核心论文5篇，SCI检索论文24篇（含JCR1区8篇），发表国际会议论文4篇。获授权发明专利13项，并与新西兰奥克兰大学Sing Kiong Nguang教授开展国际合作发表论文2篇。