微電網系統的控制策略綜述

張麗杰

摘? 要：文章針對微電網系統中分布電源的即插即用、能量管理、電壓穩定性及經濟調度等研究熱點問題進行了簡要分析，總結了近些年來解決問題的研究方法和技術路徑，以及基于多智能體系統的控制策略在改善微電網綜合性能中的應用。

關鍵詞：微電網;控制策略;分布式;多智能體系統

中圖分類號：TM715? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0127-03

Abstract： In this paper， plug-and-play， energy management， voltage stability and economic scheduling of distributed power supply in microgrid system are analyzed briefly. This paper also summarizes the research methods and technical paths to solve the problems in recent years， and the application of the control strategy based on multi-agent system in improving the comprehensive performance of microgrid.

Keywords： microgrid; control strategy; distributed; multi-agent system

微電網將各種分布式微型電源、負荷單元、儲能單元以及控制設備結合起來，構成協調運行的新型有機電源接入系統，為解決新能源及可再生能源分布式發電無縫接入大電網提供了技術路徑。微電網作為新型電源接入系統，其實是一種高效的“網中網”能源利用形式，既能并網運行，也可以孤網運行[1]。微電網由于受到發電方式和容量的限制，分布式電源以交直流變流器并網的集中式控制方式為主，雖然具有較快的調節、響應速度，但受通信帶寬和低可靠性的約束，如何使分布式電源在微電網中實現即插即用成為研究人員關注的熱點問題。在交直流混合微電網群由孤網轉并網、并網切換到孤網的多級控制過程中，維持系統電壓穩定性微電網可靠運行的關鍵問題。另外，考慮系統功率平衡的約束，兼顧發電、儲能單元運行成本最低目標，探索分布式微電網最優能量管理模式非常有必要。針對上述提到的微電網高效運行中亟待解決的問題，國內學者就微電網的分散協調、系統穩定性、經濟調度等方面的控制策略作了大量研究。

1 微電網系統的分散控制策略研究

微電網系統控制通常分為集中控制和分散控制兩種主要方式。分散控制是基于無通信互連線，采用即插即用電源的分布式微電網的控制技術。隨著微電網系統中“即插即用”技術的快速發展，網絡控制方案對于系統的計算和通信能力提出更高要求，尤其是有干擾情況存在的微電網穩定性的控制，集中式控制策略難以滿足系統動態性能的需求。采用由多個具有功能獨立、通信和邏輯判斷能力的智能體構成的分布式結構系統，通過知識共享、信息交互、協調或競爭，實現共同目標。多智能體系統（Multi-Agent System，MAS）具有良好的自治性和協調性，非常適合于解決動態分布的微電網能量管理問題。文獻[2]針對分布式電源易產生環流問題，提出了基于同步補償的控制策略，實現分布式電源無功功率均分輸出和電壓穩定性，控制策略有效的保持了微電網分布電源的“即插即用”特點。文獻[3]基于完全分散式方法研究了分布式電源分層控制策略，優化了系統頻率和功率的控制方法。為了使微電網中分布式電源的“即插即用”控制更加靈活，基于多智能體的一致性控制算法被廣泛用于微電網的分散控制策略中，可實時獲取網絡各單元之間的信息，在即插即用控制方面獲得理想效果。

微電網中的分布式電源的即插即用的靈活性，為新能源及可再生能源發電系統的能量管理提供了技術支持和策略保障。文獻[4]提出了基于主從控制的交直流混合、交直流聯合并網離網、交直流獨立離網等多模式運行方法，的切換控制策略。文獻[5]基于多智能體性算法一致迭代研究了發電單元的最優經濟運行點。微電網在能量管理過程中既可以采用并網模式，也可以是孤島模式。文獻[6]在不考慮并網情況時，基于分布式算法改進在孤島運行中的分布式設備的頻率、電壓和平衡節點控制策略。文獻[7]不考慮系統的一致性的情況下，研究了基于等微增率準則的協同控制策略在孤島微電網中的應用。

針對由交直流混合分布式電源組成的微網群結構，有學者將圖論的概念用于微電網的結構模化過程。每個智能體被看作一個分布式節點，兩個相鄰的節點之間如果有電量信息的交換，則表示通信連接，視為鏈接邊，通過智能多級控制策略，系統網絡節點即可獲知整個交、直流微網群的電壓、頻率等信息狀態，由此實現對微電網組網形式及群級的協調控制。文獻[8]基于分布式一致性算法，討論了交直流混合微電網的分布式儲能單元的下垂控制策略的可行性。針對參與源、網、荷協調的不同主體問題，研究人員基于系統協調多元主體的概念，引入多智能體和多層電價響應機制，構建多元多層級主體協調優化框架，解決分布式微電網配電的自治協調問題。例如針對直接并網或間接并網的源、荷運行特點，處理不同層級、不同主體間的多級協調問題，文獻[9]提出了基于多智能體的配電網源-網-荷功率協調響應方法，分析了主動負荷及分布式電源的運行特性。對于不確定性及風險協調問題，文獻[10]基于有序的多層規劃理論，采用概率密度函數來描述多層電價響應機制的不確定性，以置信度水平來衡量不同層級主體間對風險的追求程度，討論了不同利益主題的協調策略。上述研究深入討論了多能流動態的差異特性、多元用戶互動的不確定性問題，探索了以多級控制為目標，基于多智能體系統的多主體互動及分布式微電網控制策略。研究結合互聯網和智能控制技術，有效實現了對分布式能源系統的協同管控，進一步改善了產能端、用能端的智能匹配度和能源梯級利用率。

2 微電網系統電壓穩定性控制策略研究

分布式微電網系統電壓穩定性也是研究的熱點問題，目前常用的電壓控制方法有：（1）主從站控制方法[11];（2）聯絡線控制方法[12];（3）下垂控制法[13];（4）基于MAS技術的控制方法[14]。很多學者針對上述方法，基于分布式控制理論，通過對微電網系統中發電設備輸出功率、電壓、頻率等參量的控制，實現電壓穩定性的改善方面開展了深入研究。文獻[15]針對無功功率分配不均問題，探討了分布式算法的控制策略，實現微電網系統無功功率的重新分配和電壓調節。文獻[16]提出基于多智能體系統的分層分布優化策略，實現分布式電源功率的精確控制和電壓優化。文獻[17]通過構建協調控制層、積分運算層和主控制層3層多智能體系統結構，實現對相鄰節點當前信息的協調控制，達到控制微電網功率、電壓穩定性的要求。針對低壓配電區域，微電網通過協調不同類型的分布式電源和儲能單元，不間斷向重要負荷供電，提高系統電壓的穩定性。文獻[18]提出通過改善微電網通信的間歇性，提高系統輸出電壓的穩定性。文獻[19]考慮了微電網分層控制的結構特點，研究了基于一致性算法的多智能體分布控制策略，實現了微電網系統電壓的穩定和功率的靈活配置。文獻[20]考慮了孤島運行模式下微電網的無功電壓特性，探討了基于自趨優特點的MAS微電網無功電壓控制策略。也有學者針對微電網中的分布式發電機運行的間歇性和不確定性引起的系統穩定性問題，開展了微電網系統供電質量穩定性研究。文獻[21]研究了基于一致性算法的多智能體分布式儲能系統的控制策略，優化了儲能系統的穩定性。文獻[22]考慮了微電網有外界干擾因素存在的系統穩定性，提出基于多智能體的分散協調控制策略。上述研究中，微電網被看成多智能體系統，將分布式電源間的通信網絡表示為有向圖，通過網絡變量的同步跟蹤算法，證明了系統的穩定性。

3 微電網系統經濟調度控制策略研究

微電網經濟調度作為提高系統穩定性與經濟性的重要環節，其經濟調度和環境效益的控制與優化已經成為微電網的重要研究方向。多數研究基于多智能體系統理論，建立了多層微電網優化控制結構，分析了不同電價機制下的微電網與配電網之間的互動策略，對系統內各項經濟指標、最大化經濟和環境效益進行了優化。文獻[23]采用分層管理的多智能體機制解決了分布式發電單元之間交互和協作問題，確定了經濟調度最優競標決策。文獻[24]采用多智能體模擬競價均衡的微電網優化方法，探討了微電網與傳統大電網之間的交互路徑。文獻[25]構建了基于多智能體的微電網聯絡節點電價框架，分析了電網較高自主權的競價優化運行決策。文獻[26]提出基于多智能體系統分布式算法解決電力系統經濟調度問題。文獻[27]基于多智能體理論提出了孤網運行的功率分配方法，研究了微電網功率實時經濟分配策略。文獻[28]采用分布式算法解決微電網的瞬態供需平衡問題。這些方法能夠實時了解微電網中負載與電源的運行狀態信息。在基于一致性理論優化的多智能體功率經濟分配方法中，事件觸發機制也得到了廣泛應用。文獻[29]基于智能體系統事件觸發模型提出了微電網經濟分配控制策略。文獻[30]采用基于事件觸發的一致性算法，研究了微電網中的經濟分配問題。文獻[31]采用協同動態智能體一致性理論，建立了微電網最優經濟調度模型，解決分散式自治問題。文獻[32]提出基于周期性通信機制的事件觸發控制方法，研究了多個混合系統中的直流微電網協調安全運行。基于上述多智能體理論的微電網性能優化過程中，每個電源都被模化為一個智能體，在此基礎上，學者們提出基于層次分析法與一致性算法的綜合評價方法，在考慮微電網供需平衡因素的情況下，分析了微電網電源的綜合性能，并采用智能體學習算法深入研究了多類電源的調度優化策略，實現了系統多類電源的綜合性能最優控制。

4 結論

可再生能源發電單元的不斷接入，增加了微電網系統的復雜性，也加大了各單元系統之間的配合難度，導致微電網擾動嚴重，系統的能量管理、經濟調度不能滿足要求，使得電壓質量受到嚴重影響。為了改善微電網系統在干擾介入時的綜合性能，研究文獻結合MAS理論和一致性算法的控制策略，較好的解決了微電網系統及分布式電源即插即用、電壓穩定性、調度優化問題。這些方法對在大擾動情況下維護全系統良好性能提供技術路徑，在應用中也便于實現;也為今后深入研究微電網群系統各單元的調度及控制積累了理論數據。

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