研究背景

微電網規模的不斷擴大會導致集中式控制越來越困難，基于多智能體系統（MAS）的分布式一致性算法逐漸成為了研究熱點。集中式控制依賴中央控制器實現微源功率、電壓、頻率及負荷消耗的集中優化，完成對分布式微源控制器的調控，系統通信及數據處理量大、魯棒性差的問題會導致整個系統崩潰。基于MAS的分布式控制利用相鄰智能體的局部通信代替中央控制器，通信結構簡單，能夠有效避免單點故障，可靠性更高。

論文所解決的問題及意義

本文針對電能遠距離輸送導致的電壓偏離額定值問題，提出基于誤差迭代的微電網電壓協同分層控制策略。在多智能體微電網中，分布式微源與相鄰微源進行通信并接收電壓信息，采用誤差迭代一致性算法自動修正下垂控制的參考電壓，使各微源輸出電壓趨于一致，滿足容量合理分配及母線電壓要求，從而使系統穩定運行。

針對弱電網狀態下的電壓波動與畸變問題，本文提出基于虛擬領導者的誤差迭代一致性跟蹤控制，引入虛擬領導者提供電壓基準值，微源電壓收斂于電壓基準，提高一致性控制系統對電網參數變化的自適應能力及系統穩定性。

圖1 微電網多智能體模型

論文方法及創新點

本文采用如圖2所示的基于誤差迭代的電壓協同分層控制框圖。底層的微源內部采用下垂控制；上層基于誤差迭代的電壓協同控制中，通過一致性協同控制器得到微源逆變器輸出電壓與鄰居電壓后送入各智能體控制器得到新的電壓值，并送回對應微源中，自動修正電壓的參考值。

圖2 基于誤差迭代的電壓協同分層控制

弱電網工況下微電網的拓撲結構如圖3所示。由于時變非線性線路阻抗的影響，微源處于弱電網狀態，公共連接點電壓對于微源的擾動、逆變器端電壓的擾動及負荷的擾動變得特別敏感。當用電負荷發生變化時，會影響各微源的輸出功率，從而導致微源與母線連接的并網點電壓幅值發生變化，隨后PCC的電壓會發生波動，嚴重時會使系統逐漸失穩。

圖3 弱電網工況下的微電網拓撲結構

多智能體微電網在弱電網狀態下采用基于虛擬領導者的誤差迭代一致性跟蹤控制。本文引入虛擬領導者提供精確的電壓基準值信息，與微源電壓值共同參與誤差迭代計算，使各微源的輸出電壓保持一致并且持續地跟隨設定的電壓基準值，提升系統動態性能。基于虛擬領導者的一致性跟蹤控制框圖如圖4所示，其中電壓基準值由Cs表示。

圖4 基于虛擬領導者的一致性跟蹤控制

結論

針對負荷變化時采用傳統下垂控制會產生電壓偏差的問題，本文提出了基于誤差迭代的電壓協同分層控制策略，針對清潔能源滲透率高帶來的弱電網問題進行建模，并提出了基于虛擬領導者的誤差迭代一致性跟蹤控制策略。

1）誤差迭代一致性算法可以消除傳統下垂控制由線路阻抗帶來的電壓偏差問題，使各微源在額定范圍內逐漸趨于一致，保證了母線電壓的穩定和系統的正常運行，并且在負荷突增的情況下依然有效。同時也采用了局部通信，大大地減小了通信壓力。

2）基于虛擬領導者的誤差迭代一致性跟蹤控制避免了弱電網狀態下各微源的參考電壓不斷變化的現象，由虛擬領導者提供電壓基準值并使微源不斷跟蹤，有效抑制了弱電網帶來的電壓波動，保證電壓的平穩和系統的穩定。

本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文第一作者為宮晶贏，1997年生，碩士研究生，研究方向為新能源與分布式發電。

引用本文

宮晶贏, 丁惜瀛, 畢明濤. 基于虛擬領導者一致性的大規模微電網智能協同分層控制[J]. 電氣技術, 2022, 23(4): 42-47. GONG Jingying, DING Xiying, BI Mingtao. Intelligent collaborative hierarchical control of large-scale microgrid based on virtual leader uniformity. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 42-47.