程奕凌，張騰飛，吳巨愛(ài)，劉明祥，劉 建，蔡月明

（1. 南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院、人工智能學(xué)院，江蘇省南京市 210023；2. 南瑞集團(tuán)有限公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇省南京市 211106；3. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江蘇省南京市 210013）

0 引言

碳中和［1-2］背景下的電力清潔低碳化將加快推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)積極向以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展［3-5］。微網(wǎng)（microgrid，MG）作為分布式電源（distributed generator，DG）與配電網(wǎng)之間的樞紐，是推動(dòng)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)可再生能源高效利用的重要方式［6-8］。同時(shí)，一定區(qū)域內(nèi)多個(gè)臨近的微網(wǎng)可互聯(lián)形成多微網(wǎng)系統(tǒng)［9-12］。在互聯(lián)模式下，各子微網(wǎng)既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以相互協(xié)調(diào)支撐，網(wǎng)間存在更復(fù)雜的功率、信息交互。所以在設(shè)計(jì)多微網(wǎng)的控制策略時(shí)，需要綜合考慮各子微網(wǎng)的穩(wěn)定以及相互間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

近年來(lái)，有相關(guān)研究將集中式方法應(yīng)用于多微網(wǎng)的運(yùn)行控制中［10，13-14］，文獻(xiàn)［10，13］利用中央控制器為各子微網(wǎng)的下垂控制提供頻率參考值。集中式控制過(guò)于依賴中央控制器，單點(diǎn)故障會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。與集中式控制相反，分散式控制不依賴中央控制器［15-16］，文獻(xiàn)［15］提出一種分散式下垂頻率控制方法，可以在無(wú)需通信鏈路的情況下使子微網(wǎng)以不同的頻率特性運(yùn)行，但是會(huì)造成電壓振蕩。分散式控制雖然提高了單點(diǎn)故障時(shí)的可靠性，但DG間缺乏信息交互，難以協(xié)調(diào)運(yùn)行，反而使這些可調(diào)資源對(duì)系統(tǒng)的支撐能力受到限制。

相比于集中式和分散式控制，分布式控制具備更高的可靠性、可擴(kuò)展性和靈活性，僅利用稀疏通信即可實(shí)現(xiàn)各DG 單元的協(xié)調(diào)控制。分布式控制的這種優(yōu)勢(shì)更適用于多微網(wǎng)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題?；诙啻恚╩ulti-agent）的一致性理論是實(shí)現(xiàn)分布式控制的基礎(chǔ)理論之一，文獻(xiàn)［17］提出基于一致性算法的孤島微網(wǎng)頻率、電壓二次調(diào)節(jié)策略。在多微網(wǎng)的分布式控制研究中，文獻(xiàn)［18］設(shè)計(jì)雙層一致性算法，即子微網(wǎng)間基于一致性算法實(shí)現(xiàn)功率分配，DG 之間基于一致性算法實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓；文獻(xiàn)［19］使子微網(wǎng)間的換流器參與到分布式信息交互中，網(wǎng)內(nèi)DG只需跟蹤換流器即可恢復(fù)頻率；文獻(xiàn)［20］將多微網(wǎng)系統(tǒng)映射為網(wǎng)間和網(wǎng)內(nèi)雙層稀疏通信網(wǎng)絡(luò)，并分別制定對(duì)應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)功率分配和調(diào)頻調(diào)壓；文獻(xiàn)［21-22］提出分組一致性控制策略，該策略能夠達(dá)到多目標(biāo)一致?tīng)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)不同子微網(wǎng)內(nèi)的功率分配。在現(xiàn)有的多微網(wǎng)分布式控制策略中，所有DG代理都會(huì)參與分布式調(diào)控，系統(tǒng)的功率分配完全由DG 代理之間通過(guò)一致性協(xié)作實(shí)現(xiàn)。因此，由一致性迭代特性可知，任一子微網(wǎng)正常范圍內(nèi)的負(fù)荷變化也會(huì)波及其他子微網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，這不僅會(huì)增加控制器的計(jì)算任務(wù)，還會(huì)導(dǎo)致子微網(wǎng)獨(dú)立性不足。

為解決這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)基于雙層有向圖的多微網(wǎng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制架構(gòu)，并制定與之匹配的雙層分布式控制策略：下層控制基于一致性算法修正下垂控制參數(shù)，對(duì)DG 輸出電壓、頻率進(jìn)行二次調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)DG 間功率按比例分配；上層控制根據(jù)各子微網(wǎng)的源荷平衡狀態(tài)將多微網(wǎng)劃分為獨(dú)立運(yùn)行和功率互濟(jì)2 種運(yùn)行模式，針對(duì)2 種運(yùn)行模式分別制定控制策略。所提策略可實(shí)現(xiàn)在各子微網(wǎng)能夠滿足負(fù)荷需求時(shí)各自獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)某些子微網(wǎng)產(chǎn)生功率缺額時(shí)由其他子微網(wǎng)提供靈活、合理的功率支撐，充分考慮了每個(gè)子微網(wǎng)的獨(dú)立性。 最后，在MATLAB/Simulink 平臺(tái)中搭建仿真模型驗(yàn)證所提策略的有效性及合理性。

1 多微網(wǎng)控制架構(gòu)

多微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制架構(gòu)如圖1 所示，由系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)以及各種代理之間的通信網(wǎng)絡(luò)組成，子微網(wǎng)之間通過(guò)公共耦合點(diǎn)（point of common coupling，PCC）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。實(shí)際運(yùn)行中每個(gè)子微網(wǎng)均包含可控DG 和不可控DG，不可控DG 主要有光伏、風(fēng)電等，因?yàn)槠涫冀K以最大功率輸出，所以將其與網(wǎng)內(nèi)負(fù)載看成一個(gè)等效負(fù)荷Loadk（圖1 中以長(zhǎng)方形表示）；可控DG 主要有微型燃?xì)廨啓C(jī)等（圖1 中以綠色圓形表示，本文控制策略的控制對(duì)象為可控DG），可控DG 采取下垂控制，可以靈活地調(diào)節(jié)輸出并實(shí)現(xiàn)“即插即用”。

圖1 多微網(wǎng)優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行控制架構(gòu)Fig.1 Optimal coordinated operation control architecture for multi-microgrid

各代理之間的通信網(wǎng)絡(luò)由上層有向圖Gup和下層有向圖Glowk表示。上層有向圖中的代理與PCC對(duì)應(yīng)，具體與每個(gè)子微網(wǎng)一一對(duì)應(yīng)，稱為PCC 代理；下層有向圖的數(shù)量與子微網(wǎng)的數(shù)量相等，其中的代理與子微網(wǎng)中的DG 一一對(duì)應(yīng)，稱為DG 代理。

本文以孤島多微網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，沒(méi)有主網(wǎng)作為支撐，所以由各DG 通過(guò)下垂控制維持電壓和頻率穩(wěn)定。DG 代理不直接參與多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，它們一方面采集對(duì)應(yīng)DG 的運(yùn)行狀態(tài)信息，在子微網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行信息交互，通過(guò)一致性協(xié)作調(diào)節(jié)下垂控制參數(shù)，另一方面通過(guò)響應(yīng)PCC 代理完成子微網(wǎng)間的功率互濟(jì)。

PCC 代理收集對(duì)應(yīng)子微網(wǎng)內(nèi)各DG 代理的狀態(tài)信息，以此判斷子微網(wǎng)的源荷平衡狀態(tài)和剩余可用容量水平，并進(jìn)行子微網(wǎng)間信息交互，參與完成多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)功率互濟(jì)。在進(jìn)行功率互濟(jì)時(shí)，既要發(fā)揮子微網(wǎng)間能夠提供功率支撐的優(yōu)勢(shì)，也要兼顧不同子微網(wǎng)的獨(dú)立性。

2 基本原理介紹

2.1 下垂控制

DG 的一次控制采用下垂控制可以快速實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的穩(wěn)定，下垂控制的表達(dá)式為：

式 中：wk，i和Uk，i分 別 為DGk，i的 輸 出 頻 率 和 電 壓，其

從式（1）和式（2）可以看出，下垂控制是有差調(diào)節(jié)，DG 任意輸出時(shí)，其電壓和頻率相對(duì)于額定值都會(huì)產(chǎn)生跌落。因此，需要設(shè)計(jì)二次控制策略實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)以及有功、無(wú)功功率的按比例分配。

2.2 圖論

令xk，i表 示 節(jié) 點(diǎn)vk，i的 狀 態(tài) 變 量，該 狀 態(tài) 變 量 可以是DG 的頻率、電壓以及功率等物理量，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)量相同（xk，i=xk，j）時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到一致 性收斂。在迭代收斂過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)方程可利用如下一致性算法表示：

式中：uk，i為節(jié)點(diǎn)vk，i的輸入變量。

用上層有向圖Gup?(Vup，Eup，Aup)表示多微網(wǎng)系統(tǒng)中各PCC 代理之間的通信拓?fù)洌渲蟹强展?jié)點(diǎn)集Vup={v1，v2，…，vM} 對(duì) 應(yīng) PCC 代 理 集 合；Eup?Vup×Vup表示邊集；Aup=(aupks)∈RM×M為鄰接矩陣。Lup=(lupks)∈RM×M為Gup的拉普拉斯矩陣。

3 分布式控制策略

3.1 基于Glowk 的下層控制

以MGk為例，基于Glowk設(shè)計(jì)的下層控制目標(biāo)是將 網(wǎng) 內(nèi) 每 一 個(gè)DGk，i的 輸 出 頻 率wk，i都 恢 復(fù) 至 額 定值，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)DG 間精確的有功、無(wú)功功率按比例分配。但是由于各DG 線路阻抗不匹配，DG 在按比例進(jìn)行無(wú)功分配時(shí)不能保證輸出電壓都恢復(fù)到額定值，所以電壓控制目標(biāo)折中為各DG 輸出電壓的平均值達(dá)到額定值。綜上，控制目標(biāo)為：

式中：wn和Un分別為頻率、電壓額定值。

3.1.1 有功功率/頻率控制基于控制目標(biāo)式（5）和式（7），對(duì)式（1）進(jìn)行求導(dǎo)：

3.1.2 無(wú)功功率/電壓控制

為了避免DG 線路阻抗對(duì)電壓調(diào)節(jié)的影響，可以利用電壓觀測(cè)器獲取DG 輸出電壓的平均值，使這個(gè)平均值恢復(fù)到額定電壓。以DGk，i為例，基于一致性算法的電壓觀測(cè)器設(shè)計(jì)如下：觀測(cè)值。

當(dāng)功率波動(dòng)時(shí)，各子微網(wǎng)內(nèi)的DG 通過(guò)上述下層控制進(jìn)行一致性協(xié)作，維持各個(gè)子微網(wǎng)的電壓頻率穩(wěn)定。

3.2 基于Gup的上層控制

基于Gup的上層控制實(shí)現(xiàn)的是對(duì)整個(gè)多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。控制目標(biāo)在于：1）各子微網(wǎng)內(nèi)部能夠應(yīng)對(duì)負(fù)荷需求時(shí)各子微網(wǎng)保持獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)某些子微網(wǎng)產(chǎn)生功率缺額時(shí)由其他子微網(wǎng)提供功率支撐，發(fā)揮多微網(wǎng)功率互濟(jì)的優(yōu)勢(shì)；2）其他子微網(wǎng)能夠根據(jù)自身剩余可用容量水平?jīng)Q定是否參與功率互濟(jì)，并且參與功率互濟(jì)的子微網(wǎng)之間按照各自剩余可用容量合理地分配缺額功率。

多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制如圖2 所示，具體將多微網(wǎng)劃分為獨(dú)立運(yùn)行模式和功率互濟(jì)模式，并針對(duì)2 種模式分別制定控制策略。后文僅對(duì)有功互濟(jì)過(guò)程進(jìn)行分析，無(wú)功互濟(jì)與有功互濟(jì)同理。

圖2 多微網(wǎng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制流程圖Fig.2 Flow chart of optimal coordinated control for multi-microgrid

3.2.1 獨(dú)立運(yùn)行模式

如圖1 所示，Gup中的各PCC 代理會(huì)接收來(lái)自Glowk中相應(yīng)DG 代理的信息，以此判斷各子微網(wǎng)的源荷平衡狀態(tài)，多微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式的判定條件為：

式（22）說(shuō)明，當(dāng)各子微網(wǎng)內(nèi)的DG 能夠滿足負(fù)荷需求時(shí)，各子微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，由網(wǎng)內(nèi)DG 調(diào)整輸出來(lái)平衡負(fù)荷，各PCC 代理之間不進(jìn)行信息交互。

在獨(dú)立運(yùn)行模式下，各子微網(wǎng)內(nèi)DG 輸出仍然按照3.1 節(jié)所述的下層控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2.2 功率互濟(jì)模式多微網(wǎng)功率互濟(jì)模式的判定條件為：

式（23）說(shuō)明，存在某些子微網(wǎng)MGl內(nèi)的DG 都按照最大容量輸出依然無(wú)法滿足負(fù)荷需求。此時(shí)PCCl代理與其他PCC 代理交互功率缺額信息，多微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入功率互濟(jì)模式。其他PCC 代理收到功率缺額信息之后根據(jù)自身情況決定是否參與功率互濟(jì)。

PCCk代理收到上述信息后首先計(jì)算MGk的初始剩余可用容量，MGk的剩余可用容量定義為MGk內(nèi)所有DG 的剩余可用容量之和，而DG 剩余可用容量定義為最大容量與當(dāng)前輸出的差值，即

為了保證MGk在進(jìn)行功率互濟(jì)時(shí)能夠留有一定的功率裕度來(lái)應(yīng)對(duì)自身的負(fù)荷變化，制定如式（25）所示的功率互濟(jì)條件。當(dāng)MGk的初始剩余有功容量滿足該條件時(shí)，PCCk代理決定參與功率互濟(jì)。

式中：cP為控制增益。

PCC 代理之間進(jìn)行分布式信息交互，在式（29）的一致性迭代過(guò)程中不斷更新PCC 處的功率。由式（27）可知，利用功率互濟(jì)控制器控制PCC 處功率的本質(zhì)是控制各DG 的輸出。因此，對(duì)式（27）兩邊求導(dǎo)，并代入（29）可以得到：

因 此，在 控 制 各DG 輸 出 時(shí)，設(shè) 計(jì)DGk，i的 缺 額功率分配修正項(xiàng)如式（32）所示，該修正信息由PCC代理發(fā)送至DG 代理，完成缺額功率在子微網(wǎng)間的優(yōu)化分配。

由以上分析可知，當(dāng)MGk（k∈NMG2）決定參與功率互濟(jì)后，其內(nèi)部DG 響應(yīng)PCC 代理通過(guò)增加自身輸出來(lái)平衡缺額功率；然后，由功率互濟(jì)控制器調(diào)節(jié)各子微網(wǎng)分配的缺額功率，使MGk提供的功率支撐滿足目標(biāo)式（28）；整個(gè)過(guò)程各子微網(wǎng)內(nèi)DG 輸出頻率、電壓的調(diào)節(jié)仍然由下層控制完成，即每個(gè)子微網(wǎng)內(nèi)的DG 輸出始終滿足目標(biāo)（式（5）至式（8））。

結(jié)合下層控制和上層控制，完整的多微網(wǎng)分布式控制框圖如圖3 所示，其中功率互濟(jì)控制、無(wú)功功率/電壓控制以及有功功率/頻率控制詳細(xì)框圖如附錄A 圖A2 所示。圖中：ik，i為逆變器輸出電流；Uk，i，d和Uk，i，q、ik，i，d和ik，i，q、iL，d和iL，q分別為Uk，i、ik，i、iL的dq軸分量；Qavas為MGs(s∈NMG2)的剩余無(wú)功容量；Qs，PCC為MGs(s∈NMG2)提供的 無(wú)功功率；δQ k，i為 缺 額無(wú)功功率分配修正項(xiàng)。每個(gè)DG 視為一個(gè)電壓源通過(guò)變流器接入微網(wǎng)，Rf、Lf、Cf分別為濾波電阻、電感和電容；Rc和Lc分別為輸出端電阻和電抗。由一致性迭代獲得下垂控制參考值，由下垂控制得到dq軸參 考 電 壓U*k，i，d和U*k，i，d，經(jīng) 過(guò) 電 壓 環(huán) 控 制 得 到dq軸參考電流，最后與電流測(cè)量值iL比較，由電流環(huán)控制得到變流器的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)。

圖3 多微網(wǎng)分布式控制框圖Fig.3 Distributed control block diagram of multi-microgrid

3.3 穩(wěn)定性證明

本文所設(shè)計(jì)控制器的控制目標(biāo)在于：1）維持DG 輸出頻率、輸出電壓的平均值在額定值，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)DG 之間的有功、無(wú)功功率按比例分配；2）參與功率互濟(jì)的子微網(wǎng)之間根據(jù)自身剩余可用容量分配缺額功率。

根據(jù)式（39）可知wn-wk漸進(jìn)穩(wěn)定并且DG 的輸出頻率wk，i能夠恢復(fù)至額定頻率wn。同理，電壓、有功功率、無(wú)功功率以及功率互濟(jì)控制器都能實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

4 仿真分析

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的控制效果，在MATLAB/Simulink 平臺(tái)中建立了包含4 個(gè)微網(wǎng)的多微網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附錄A 圖A3 所示。代理之間的通信網(wǎng)絡(luò)基于MATLAB/Simulink 平臺(tái)中的一個(gè)模塊S-Function 建模，代理之間的通信網(wǎng)絡(luò)如附錄A 圖A4 所示。系統(tǒng)的額定頻率和額定電壓分別為314 rad/s 和380 V。各DG 的下垂系數(shù)、最大容量以及其他系統(tǒng)參數(shù)如附錄A 表A1 所示。

4.1 算例1：多微網(wǎng)運(yùn)行模式切換

本算例用以驗(yàn)證在本文所提控制策略下，多微網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)3.2 節(jié)中2 種運(yùn)行模式的靈活切換。仿真設(shè)置MG1至MG4的初始負(fù)荷如附錄A 表A1 所示，假設(shè)2 s 時(shí)MG2內(nèi)的負(fù)荷增加至（71 kW，45.5 kvar），6 s 時(shí)恢復(fù)至（40 kW，21 kvar），8 s 時(shí)仿真結(jié)束。仿真結(jié)果如圖4 所示。

圖4（a）至（d）表明，在輸出功率變化時(shí)，經(jīng)過(guò)本文所設(shè)計(jì)的下層控制策略調(diào)節(jié)后，所有DG 的輸出頻率、輸出電壓的平均值在短時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)至額定值。整個(gè)過(guò)程MG1至MG4內(nèi)DG 輸出有功功率之比分別滿足2∶1、3∶2、3∶1、6∶3∶2，輸出無(wú)功功率之比分別滿足3∶1、4∶3、4∶1、12∶4∶3。

圖4（c）至（e）表明，在t∈［0，2）s期間，MG1至MG4有能力應(yīng)對(duì)網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求，各自保持獨(dú)立運(yùn)行，相互之間沒(méi)有功率支撐，所以各PCC 處的功率均為0。

在t∈［2，6）s 期 間，MG2內(nèi) 的 負(fù) 荷 增 加 至（71 kW，45.5 kvar），此時(shí)MG2內(nèi)DG 都以最大容量輸出，缺額功率大小為（21 kW，17.5 kvar），多微網(wǎng)進(jìn)入功率互濟(jì)模式。2 s 時(shí)MG1、MG3、MG4的剩余可用容量約為（60 kW，40 kvar）、（20 kW，15 kvar）和（66 kW，47.5 kvar）。

根據(jù)功率互濟(jì)條件可知，由MG1和MG4提供功率支撐。功率互濟(jì)模式下多微網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)流過(guò)PCC 的功率如圖4（e）所示，MG1和MG4提供的 功 率 支 撐 約 為（10 kW，8 kvar）和（11 kW，9.5 kvar），該功率支撐之比與剩余可用容量之比相近。

圖4 算例1 仿真結(jié)果Fig.4 Simulation results of case 1

6 s 后MG2內(nèi)的負(fù)荷恢復(fù)至2 s 前的水平，多微網(wǎng)系統(tǒng)再次恢復(fù)到2 s 前的獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 算例2：MG 即插即用能力

本算例用以驗(yàn)證所提控制策略的MG 即插即用性能。仿真設(shè)置MG1、MG2、MG4初始負(fù)荷如附錄A表A1 所示，MG3的初始負(fù)荷為（32 kW，20 kvar），2 s時(shí)MG2的 負(fù) 荷 增 加 至（71 kW，45.5 kvar），4 s 時(shí)MG3退出運(yùn)行，6 s 時(shí)MG3重新接入，仿真結(jié)果如附錄B 圖B1 所 示。

從附錄B 圖B1 可以看出，多微網(wǎng)系統(tǒng)在2 s 之后已經(jīng)進(jìn)入功率互濟(jì)模式，并且MG3也參與功率互濟(jì)。當(dāng)t=4 s 時(shí)，MG3從系統(tǒng)中退出運(yùn)行，此時(shí)MG3作為一個(gè)自治系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，只需滿足自身的負(fù)荷需求即可，所以在t∈［4，6）s 期間MG3內(nèi)各DG 輸出恢復(fù)到2 s 之前的狀態(tài)。由于MG3內(nèi)下層控制的作用，其退出多微網(wǎng)運(yùn)行之后仍然能保持穩(wěn)定。

t∈［4，6）s 期間，對(duì)于包含MG1、MG2、MG4的剩余系統(tǒng)，MG1、MG4內(nèi)的DG 需要輸出更多的功率來(lái)補(bǔ)償由MG3退出運(yùn)行帶來(lái)的影響。在所提控制策略作用下，MG1、MG4重新分配缺額功率。

t=6 s 時(shí)MG3重新接入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)短暫的協(xié)調(diào)控制，MG1、MG3、MG4再次實(shí)現(xiàn)了缺額功率的合理分配，該功率分配狀態(tài)與MG3退出運(yùn)行前相同。因此所提控制策略具備良好的MG 即插即用性能。

4.3 算例3：通信線路故障

本算例用以驗(yàn)證通信線路故障情況下所提控制策略的可靠性。仿真前4 s 設(shè)置與算例2 相同，4 s 時(shí)設(shè)置DG4，1和DG4，3代理之間的通信線路斷開(kāi)，6 s 時(shí)PCC1和PCC3代理之間的通信線路斷開(kāi)（如附錄A圖A5 所示）。仿真結(jié)果如附錄B 圖B2 所示。

仿真結(jié)果表明，4 s 和6 s 時(shí)發(fā)生通信故障，由于Glowk和Gup仍保持連通性，所以系統(tǒng)在產(chǎn)生小幅振蕩后能恢復(fù)穩(wěn)定，并且各子微網(wǎng)內(nèi)的DG 仍然按比例分配負(fù)荷，MG1、MG3、MG4仍然按剩余可用容量分擔(dān)缺額功率。但4 s 和6 s 時(shí)Glowk和Gup的通信權(quán)重發(fā)生了變化，即a4，13=0、a4，31=0、aup13=0 和aup31=0，導(dǎo)致收斂速度略微變慢。

4.4 算例4：對(duì)比分析

將本文所提控制策略與文獻(xiàn)［20］中的多微網(wǎng)分布式控制策略進(jìn)行比較，文獻(xiàn)［20］包含網(wǎng)間和網(wǎng)內(nèi)雙層控制：網(wǎng)間控制調(diào)整多微網(wǎng)的功率分配；網(wǎng)內(nèi)控制對(duì)DG 輸出電壓和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。與本文不同的是，文獻(xiàn)［20］中不存在PCC 代理，直接由DG代理參與子微網(wǎng)間的一致性協(xié)作完成功率分配。文獻(xiàn)［20］所采用的通信網(wǎng)絡(luò)如附錄A 圖A6 所示，仿真設(shè)置與算例1 相同，文獻(xiàn)［20］所提控制策略的仿真結(jié)果如圖5 所示。

圖5 算例4 仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results of case 4

通過(guò)對(duì)比圖4 和圖5 可以看出，當(dāng)MG1至MG4都能滿足負(fù)荷需求時(shí)，在文獻(xiàn)［20］所提策略下4 個(gè)子微網(wǎng)之間已經(jīng)存在功率交互，并且MG2的負(fù)荷變化 時(shí)，MG1、MG3、MG4內(nèi) 的DG 都 會(huì) 在 一 致 性 算 法的作用下更新自身的運(yùn)行狀態(tài)，這導(dǎo)致子微網(wǎng)的獨(dú)立性得不到保障。但是在本文所提策略下，MG1至MG4都能滿足負(fù)荷需求時(shí)各自獨(dú)立運(yùn)行，MG2產(chǎn)生功率缺額后，MG1、MG3、MG4能夠自主決定是否參與功率互濟(jì)。此外，文獻(xiàn)［20］所提策略經(jīng)過(guò)1.76 s左右達(dá)到各DG 運(yùn)行狀態(tài)的收斂，而本文所提策略經(jīng)過(guò)1.02 s 左右達(dá)到收斂。因此，本文所提策略不僅能保證各子微網(wǎng)的獨(dú)立性，還能減少控制器的計(jì)算任務(wù)，加快收斂過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有多微網(wǎng)分布式控制存在的子微網(wǎng)獨(dú)立性不足的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種基于雙層有向圖的多微網(wǎng)優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略。主要貢獻(xiàn)如下：

1）本文設(shè)計(jì)一種基于雙層有向圖的多微網(wǎng)控制架構(gòu)。在該架構(gòu)中，DG 代理不直接參與多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，它們一方面進(jìn)行子微網(wǎng)內(nèi)的信息交互，另一方面通過(guò)響應(yīng)PCC 代理完成子微網(wǎng)間的功率互濟(jì)，PCC 代理會(huì)參與到多微網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制中，當(dāng)某些子微網(wǎng)產(chǎn)生功率缺額時(shí)PCC 代理之間進(jìn)行子微網(wǎng)間信息交互，并由PCC 代理自主決定是否參與多微網(wǎng)的功率互濟(jì)。該架構(gòu)不僅減少了控制器的計(jì)算任務(wù)，各子微網(wǎng)的獨(dú)立性也得到了保障；

2）制定了與控制架構(gòu)相匹配的雙層分布式控制策略：下層控制基于一致性算法對(duì)DG 輸出電壓、頻率進(jìn)行二次調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)子微網(wǎng)內(nèi)DG 間功率分配；上層控制根據(jù)各子微網(wǎng)的源荷平衡狀態(tài)將多微網(wǎng)劃分為獨(dú)立運(yùn)行和功率互濟(jì)2 種運(yùn)行模式，并針對(duì)兩種運(yùn)行模式分別制定控制策略。通過(guò)代理間的分布式協(xié)作，擺脫對(duì)中央控制器的需求，具備良好的“即插即用”性能；

3）為了使子微網(wǎng)在進(jìn)行功率互濟(jì)時(shí)能夠留有一定的功率裕度來(lái)應(yīng)對(duì)自身的負(fù)荷變化，制定了功率互濟(jì)條件，PCC 代理根據(jù)該條件自主決定是否參與功率互濟(jì)。此外，參與功率互濟(jì)的子微網(wǎng)之間基于一致性算法按照自身剩余可用容量分配缺額功率，實(shí)現(xiàn)子微網(wǎng)間靈活、合理的功率互濟(jì)。

本文研究的多微網(wǎng)系統(tǒng)假定均為同類型微網(wǎng)，然而多微網(wǎng)互聯(lián)將廣泛應(yīng)用于工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)以及居民區(qū)等，未來(lái)電動(dòng)汽車作為主要交通工具其無(wú)序充放電行為也會(huì)增大電網(wǎng)壓力。后續(xù)將進(jìn)一步研究不同類型微網(wǎng)的用電特征以及電動(dòng)汽車等新型負(fù)載投入對(duì)多微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制效果的影響。

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