MAS Based Distributed Automatic Generation Control for Cyber-Physical Microgrid System

The microgrid is a typical cyber-physical microgrid system (CPMS). The physical unconventional distributed generators (DGs) are intermittent and inverter-interfaced which makes them very different to control. The cyber components, such as the embedded computer and communication network, are equipped with DGs, to process and transmit the necessary information for the controllers. In order to ensure system-wide observability, controllability and stabilization for the microgrid, the cyber and physical component need to be integrated. For the physical component of CPMS, the droop-control method is popular as it can be applied in both modes of operation to improve the grid transient performance. Traditional droop control methods have the drawback of the inherent trade-off between power sharing and voltage and frequency regulation. In this paper, the global information (such as the average voltage and the output active power of the microgrid and so on) are acquired distributedly based on multi-agent system (MAS). Based on the global information from cyber components of CPMS, automatic generation control (AGC) and automatic voltage control (AVC) are proposed to deal with the drawback of traditional droop control. Simulation studies in PSCAD demonstrate the effectiveness of the proposed control methods. © 2014 Chinese Association of Automation.

Microgrid Design Including Fuzzy Logic Controlled Storage System

Smart grid design and structures are somehow depending on the way of designing and operating Microgrids. In this research a unique design of microgrid is proposed as in medium tension isolated power distribution system contains diesel generation unit and photovoltaic generation. Storage system is a part of the control strategy to reduce the diesel usage and to maintain the balance between generation and demand which might be disturbed due to the presence of PV system. Fuzzy logic control scheme has been chosen compared with conventional controller to be the main controller for both the diesel unit and storage system. Promising result has been found by digital simulation using Matlab Simulink proving the possibility of reducing the dependency on fossil fueled generators and increase the utilization of renewable energy.

Networked Control Approach for Distributed Generation Systems

Microgrid has emerged as an answer to growing demand for distributed generation(DG) in power systems. It contains several DG units including microalternator, photovoltaic system and wind generation. It turns out that sustained operation relies on the stability of these constituent systems. In this paper, a microgrid consisting of microalternator and photovoltaic system is modeled as a networked control system of systems(So S)subjected to packet dropouts and delays. Next, an observerbased controller is designed to stabilize the system in presence of the aforementioned communication constraints and simulation results are provided to support the control design methodology.

Modeling, Control &Fault Management of Microgrids

In this paper, modeling and decentralize control principles of a MicroGrid (MG) whom equipped with three Distributed Generation (DG) systems (consist of: Solar Cell System (SCS), MicroTurbine System (MTS) and Wind Energy Conversion System (WECS)) is simulated. Three arrangement of load changing have investigated for the system. In first one the system doesn’t have transfer of power between MG and grid. In other two arrangements system have transfer of power between MG and utility grid. Of course in third case transfer of power between DG resources is considerable. Case study system is equipped by energy storage devices (battery bank) for each DG’s separately by means of increasing the MG reliability. For WECS and SCS, MPPT control and for MTS, voltage and frequency (V&F) controller has designed. The purpose of this paper is load respond in MG and storage process of surplus energy by consider of load changing. MATLAB/Simulink and its libraries (mainly the Sim Power Systems toolbox) were employed in order to develop a simulation platform suitable for identifying MG control requirements. This paper reported a control and op- eration of MG in network tension by applying a three phase fault.

Exponential stabilization of linear systems with feedback optimization and its application to microgrids control

This paper proposes a feedback-optimization-based control method for linear time-invariant systems,which is aimed to exponentially stabilize the system and,meanwhile,drive the system output to an approximate solution of an optimization problem with convex set constraints and affine inequality constraints.To ensure the exponential stability of the closed-loop system,the original optimization problem is first reformulated into a counterpart that has only convex set constraints.It is shown that the optimal solution of the new optimization problem is an approximate optimal solution of the original problem.Then,based on this new optimization problem,the projected primal–dual gradient dynamics algorithm is used to design the controller.By using the singular perturbation method,sufficient conditions are provided to ensure the exponential stability of the closed-loop system.The proposed method is also applied to microgrid control.

考虑时变线阻的多储能SOC稳定均衡控制策略

在直流微电网中,由于线路阻抗大小差异的复杂化,难以保证各储能单元之间达到荷电状态(state-of-charge,SOC)均衡。为此,提出一种考虑时变线阻的SOC均衡改进控制策略。首先,通过线路阻抗和SOC幂指数构造的平衡因子来修正控制系数,提高SOC的辨识度。同时,利用输出电流来约束平衡因子,提高系统的抗扰能力。在SOC均衡之后,SOC平衡因子G变为1,此时依赖线路阻抗信息但不受线路阻抗变化影响,可平稳地保持电流分配。并且结合输出电流构造的电压补偿环节有效地解决了母线电压质量和SOC均衡控制效果之间的矛盾。其次,针对基于SOC均衡的改进控制策略易受恒功率负载影响的问题,利用混合势函数理论进行建模,得到稳定性判据,有利于保障系统的稳定运行。最后,仿真结果表明,所提出的改进下垂控制能够有效地消除线路阻抗的影响,提高电流分配精度,实现SOC均衡,并验证了在各种突发扰动及极端情况下所提控制策略的有效性和正确性。

基于切换系统的独立微电网稳定控制设计

独立微电网是一个复杂的非线性系统,为解决典型光储柴独立微电网在能源约束下存在控制单元切换的问题,提出将非线性切换系统理论应用到主从控制下的主控单元切换问题上。首先,当主从控制下的储能系统和柴油发电机分别作为主控单元时,将它们视为两个子系统,建立非线性切换系统模型。然后,应用多Lyapunov函数法分析切换系统的稳定性,同时利用backstepping方法分别设计子系统的非线性控制器,保留系统的非线性特征。最后,采用美国国家能源实验室开发的仿真软件中的硬充电策略作为切换策略,保证切换过程中系统的稳定性。通过MATLAB仿真证明了所设计方法的有效性。

基于虚拟领导节点改进的孤岛微电网完全分布式二次调频策略

传统分布式二次调频策略在虚拟领导节点频率信息出现故障时会导致微电网系统频率无法恢复,针对该问题提出并设计一种完全分布式二次调频策略。首先分析传统分布式二次调频策略虚拟领导节点故障对二次调频过程产生的影响;然后,结合一致性算法对传统分布式二次调频控制器加以改进,通过将调频补偿量与频率偏差的对消作为“频率引导项”加入各分布式控制器中,使得各分布式发电单元完全对等,以保证虚拟领导节点去除后频率的正常恢复,实现完全分布式控制;最后,通过仿真验证所提方法在保证频率恢复方面的有效性与优越性。

基于动态事件触发的微电网分布式协调控制策略

在孤岛交流微电网电压和频率的协调控制中,存在着依赖周期通信、通信负担大等问题.为此,提出了一种基于动态事件触发的分布式协调控制策略,在微电网中运用多智能体系统理论,将频率和电压作为追踪同步目标.通过评估事件触发条件,从根本上摆脱了分布式电源DGs的连续通信和Zeno行为.并引入与系统偏差和反馈有关的动态变量,合理调整触发阈值和反馈增益.此方案提高了通信效率,降低了控制更新频率,保持了良好的控制性能.并且在Matlab/Simulink环境中验证了所设计控制策略的正确性和有效性.

含时滞的不确定性交直流微电网直流母线电压H_∞控制

针对含通信网络延时的不确定性交直流微电网的直流母线电压稳定问题,提出了一种将状态空间法和阻抗分析法相融合的方法,构建具有时滞的范数有界不确定交直流微电网模型。基于系统鲁棒二次稳定的求解,获得了满足H_∞控制性能的时滞无关型状态反馈控制器的条件。然后应用S-procedure定理,提出一种降低时滞依赖型Lyapunov方法的泛函构造难度且无须再次求导的方法,引用Wirtinger积分不等式和自由矩阵的积分不等式,得到时滞依赖型的H_∞控制器。仿真分析验证了所提控制方法能在一定的通信延时约束下抑制不确定参数对直流母线电压的影响。

基于分布式滑模控制的微电网二级电压控制策略

微电网是由分布式电源(DG)、负荷、储能和控制装置等构成的可控系统,能够充分高效地利用分布式能源资源。提出了一种基于分布式滑模控制的微电网二级电压滑模控制方法,基于图论和多智能体系统原理设计了分布式滑模控制器,该滑模控制器通过通信网络获取与其相邻分布式电源的电压信息,并利用Pade近似方法对通信网络中所产生的时间延迟进行补偿。在MATLAB/Simulink平台中对该控制方法进行仿真,验证了所提出二级电压控制策略的有效性。

基于自适应下垂控制的光储直流微网控制策略研究

针对下垂控制会导致母线电压出现跌落现象这一问题,提出基于蓄电池荷电状态(SOC)的n次幂的自适应下垂控制(ADC)策略,设计充放电时的下垂系数,在下垂系数中引入蓄电池S^(n)及基于母线电压的下垂系数调整律,并加入超级电容功率补偿。在系统的协调运行控制策略上,以母线电压U_(dc)和蓄电池SOC值作为控制元,设计上层协调控制模块。与传统自适应下垂控制相比,所提控制策略可升高跌落的母线电压,且当外界环境因素变化或负载变化时,蓄电池-超级电容混合储能系统能更好地维持母线电压的稳定,提高系统的抗干扰能力;且系统可在各工作模式之间平滑切换,维持母线电压的稳定。最后,在基于TMS320F28335的光储直流微网实验台上验证该控制策略的有效性。

基于深度强化学习的孤立多微电网系统频率和电压综合控制

分布式电源出力不确定性和负荷功率扰动给孤立多微电网系统稳定带来较大威胁。提出基于多智能体柔性动作评价(MA-SAC)算法的孤立多微电网负荷频率控制器(LFC),同时采用柔性动作评价(SAC)算法对自动电压调节器(AVR)的比例积分(PI)控制参数进行优化调整。建立了多微电网LFC和AVR组合模型。对于电压和频率控制器的设计,分别根据SAC算法和多智能体深度强化学习(MA-DRL)框架建立各自的状态、动作空间与奖励函数。选择合适的神经网络与训练参数经过预学习生成深度强化学习控制器。最后通过仿真分析,基于SAC算法优化的PI控制器能更快跟踪电压参考值;多微电网系统遭遇功率扰动时,MASAC控制器可以快速维持频率稳定。

基于直流母线电压信号的小型独立直流微电网自主平滑模式切换控制策略

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的无通信协同工作,提高了系统的可靠性。针对多模式切换过程中的抖振和死锁问题,所提出的控制策略利用具有反馈抑制机制的PI控制器实现了在饱和与激活之间无缝切换。同时,为了进一步提升光伏能量的利用率,所提出的控制策略充分考虑了ESS的荷电状态(SOC),并使光伏电源能够直接参与直流母线电压的调节。此外,还对模式切换时间与控制器参数的设计进行了详细的分析建模,以优化模式切换性能。最后,建立了一个小型独立直流微电网实验系统,以验证所提出的直流微电网控制方法的可行性。

基于SAC算法的含柔性负荷电-气互联系统的频率与气压协调控制策略

现今,电燃气系统在维持微电网稳定、经济、灵活运行方面发挥着重要作用。当其受到电力与天然气负荷扰动时,控制器需要协调微电网频率和天然气管道节点的燃气压力。为此,提出1种基于柔性动作评价(SAC)算法的电-气互联系统的频率-气压协调控制策略。首先,在分析天然气管网及耦合设备运行特性的基础上,建立天然气输送动态模型。其次,基于可控负荷用户行为的随机性,建立了包括微型燃气轮机(MT),电转气(P2G)设备、可控负荷、分布式电源和负荷的微电网负载频率控制模型。此外,根据微电网频率与气压2个控制目标,设计了控制器的结构。最后,设置不同工况进行仿真,结果表明所提策略能协调系统的频率与气压。

微电网运行控制关键技术评价

微电网是一种智能化的控制系统,其运行效果与管控技术密切相关。为了实现微电网的精细化管理,开展了微电网运行过程评价研究,建立了包含有功功率控制、电压/无功调节、孤岛安全技术和能量优化管理4个方面的微电网运行控制关键技术评价指标体系;同时提出了基于改进变权评价方法的综合评价方法,解决了评价结果不能反映部分指标权重较小但指标值已严重偏离正常值的实际评价问题。最后,通过实际微电网运行评价算例,验证了提出的微电网运行过程评价指标体系和评价方法的有效性。

时滞孤岛微电网负荷频率控制系统在采样控制下的指数稳定

孤岛微电网配有开放式通讯网络。通讯信息不可避免存在的延迟,会对系统的稳定造成显著影响。针对变时滞影响下的孤岛微电网负荷频率控制系统的稳定性问题进行了研究。首先,建立了考虑时滞的孤岛微电网负荷频率控制系统模型,并据此推导出含时滞项的系统状态方程。然后,在基于采样的事件触发非周期间歇控制策略下,通过数学推导证明了系统在变时滞的影响下能够实现指数稳定。最后,通过仿真分析,验证了所提控制策略的有效性,并将其与最近提出的基于状态控制宽度的事件触发非周期间歇控制策略进行了对比。结果显示,相较于后者,提出的控制策略在系统稳定性方面表现更为高效,且所需的控制次数更少。

考虑电动汽车的时滞孤岛微电网负荷频率控制

本文研究了考虑电动汽车参与调频的时滞孤岛微电网,重点研究了通讯时滞对孤岛微电网系统的影响,构建了考虑电动汽车的时滞孤岛微电网模型,采用了适用的Lyaunov-Krasovskii泛函(LKF),并通过运用自由权矩阵积分不等式得到了稳定性判据,通过不同的参数设定,进行了仿真实验,结果说明了本文方法的有效性。

计及电动汽车与飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制

针对孤岛微电网惯性和阻尼不足的问题,引入飞轮储能单元,并构建带飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制模型,研究了通信时滞对孤岛微电网系统的影响。采用适用的Lyaunov-Krasovskii泛函(LKF),通过广义自由权积分不等式对导数积分项进行界定,从而得到了时滞相关稳定性判据。当考虑电动汽车电池状态对系统增益的影响时,将系统视为参数不确定时滞系统。通过不同的参数设定,进行了仿真实验,结果证明了所提方法的有效性与优越性。

基于可学习模型预测控制的含风电多微网频率控制方法

负荷波动、分布式电源出力的强随机性以及多微电网更为复杂的结构设计给微电网负荷频率稳定控制带来了巨大挑战。因此,提出了基于可学习模型预测控制的含变速恒频双馈风机多微电网负荷频率控制(LFC)方法。首先,搭建了包含风力发电机组、储能、微型燃气轮机及负荷的互联多微电网负荷频率控制模型。其次,提出了一种可学习的模型预测控制算法,其能够基于深度强化学习对模型预测控制器实现参数自适应。最后,通过仿真验证了所体控制方法具备在线学习及经验回放能力,在不同的复杂运行工况下均能实现频率的稳定控制。