近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們生活水平的提高，全球?qū)δ茉吹男枨笏郊眲∩仙７植际诫娫矗―istributed Energy Resources, DER）的提出很好地解決了相關(guān)難題，也勢必將成為未來大型電網(wǎng)的有力補(bǔ)充和有效支撐。但由于受自然環(huán)境條件的制約，DER也存在一些缺點(diǎn)。

為了把DER整合到主電網(wǎng)中，同時(shí)削弱對電網(wǎng)的負(fù)面影響，微電網(wǎng)概念隨之衍生出來。目前，在微電網(wǎng)系統(tǒng)中普遍采用下垂控制來實(shí)現(xiàn)DER即插即用。但在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)頻率和電壓與參考值存在偏差且不能合理分配無功功率。因此，通常需要改進(jìn)下垂控制或者添加二次控制而形成分層控制來校正頻率和電壓。本文主要研究二次控制。

傳統(tǒng)的二次控制采用基于中央控制器的集中式控制結(jié)構(gòu)，需要收集每個(gè)DER的全部信息，然后向每個(gè)DER發(fā)送控制指令。通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，通信量巨大，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近些年來，分布式協(xié)調(diào)控制策略被廣泛應(yīng)用到微電網(wǎng)的二次控制中。在分布式協(xié)調(diào)控制中，每個(gè)DER的控制器僅與鄰近的DER通信，且不需要中央控制器，提高了系統(tǒng)的魯棒性。

• A. Bidram等在一階逆變器模型的基礎(chǔ)上，提出一種分布式平均PI控制器來消除頻率的偏差，但沒有考慮電壓的恢復(fù)控制。
• 陳萌等將多智能體的分布式協(xié)調(diào)控制理論應(yīng)用到二次控制中，提出了一種分布式二次電壓和頻率控制算法。
• 有學(xué)者提出了一種基于多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制策略。但是該控制策略并沒有考慮網(wǎng)絡(luò)層的通信問題。
• 有學(xué)者提出了孤島微電網(wǎng)的電壓和頻率的二次控制方案，且考慮了時(shí)滯和丟包等問題，但該方案只能在一定范圍內(nèi)克服時(shí)滯和丟包的影響，有一定的局限性。

綜上所述，為了提高微電網(wǎng)中各DER輸出的電壓和頻率的質(zhì)量，并且考慮通信丟包和擾動問題，本文提出了一種基于信息物理融合系統(tǒng)（Cyber physical system, CPS）概念的分布式分層控制策略。

在網(wǎng)絡(luò)層中：基于事件觸發(fā)的思想，設(shè)計(jì)了將極限學(xué)習(xí)機(jī)（Extreme Learning Mechanism, ELM）以及模型預(yù)測控制（Model Predictive Control, MPC）相結(jié)合的預(yù)測補(bǔ)償機(jī)制和一種考慮丟包問題的虛擬領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨一致性控制（Virtual Leader-Following Consensus Control, VLFCC）來解決丟包問題；同樣基于事件觸發(fā)的思想，將滑模控制和VLFCC相結(jié)合，設(shè)計(jì)了SVLFCC來解決擾動問題。

在物理層中，基于信息層中的事件觸發(fā)機(jī)制來完成對電壓和頻率的二次控制，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1 第i個(gè)DER的分層控制架構(gòu)框圖

總結(jié)

在考慮通信丟包和擾動問題的前提下，為了改善微電網(wǎng)中各DER由下垂控制輸出的電壓和頻率的控制效果，本文提出了一種基于CPS概念的分層控制策略。

在網(wǎng)絡(luò)層中：①基于事件觸發(fā)的思想，設(shè)計(jì)了將ELM與 MPC相結(jié)合的預(yù)測補(bǔ)償機(jī)制和一種考慮丟包問題的VLFCC來解決丟包問題；②同樣也基于事件觸發(fā)的思想，設(shè)計(jì)了將SMC與VLFCC相結(jié)合的SVLFCC來解決通信擾動問題。

在物理層中：基于信息層中的兩種事件觸發(fā)機(jī)制來完成對電壓和頻率的二次控制，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

仿真實(shí)驗(yàn)表明，相比于單獨(dú)使用ELM或者M(jìn)PC來完成預(yù)測補(bǔ)償，本文提出的預(yù)測補(bǔ)償環(huán)節(jié)可以得到更好的預(yù)測精度，即預(yù)測數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差最小；考慮丟包的VLFCC可以有效地解決丟包問題，使得被控電壓和頻率被調(diào)整至各自的參考值；本文提出的事件觸發(fā)機(jī)制具有很好的抗丟包效果；本文提出的SVLFCC可以很好地解決通信擾動問題，且在SMC抑制擾動后能很好地完成一致性控制。