孤岛微电网模型降阶及分布式二次控制策略研究

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微电网孤岛状态运行是保障敏感负荷可靠供电和系统安全运行的有效措施。基于多逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generator,IIDG)并联的微电网在孤岛模式运行下由于电源容量小、网架结构薄弱且缺少惯性,易出现稳定问题。但如果基于IIDG全阶模型研究其稳定性问题则容易引发维数灾难,需要研究IIDG的模型降阶方法。此外,基于分层控制的孤岛微电网如何在有效改善系统动态性能的基础上提升稳定性,也是微电网研究的主要热点问题。本文在国家自然科学基金(51277184)的支持下,在微电网模型降阶方面,研究了多IIDG并联的孤岛微电网基于多时间尺度的模型降阶方法;并在降阶模型分析基础上,针对通信网络资源充裕的微电网,提出了基于连续通信的非线性有界分布式二次控制方法;针对通信网络资源受限的微电网可能出现通信网络延时与丢包以及网络攻击问题,分别提出了计及通信延时与丢包影响的分布式二次控制方法和考虑通信网络攻击的分布式二次控制方法。论文主要工作如下:
  ①研究多IIDG并联孤岛微电网的多时间尺度降阶方法;以微电网中基于下垂控制的IIDG为研究对象,建立包含功率下垂控制器、电压电流双环控制器以及滤波器和线路的IIDG完整模型;根据奇异摄动理论对IIDG完整模型进行多时间尺度特征划分,并对模型进行忽略快动态降阶处理;通过IIDG小信号模型的特征提取,对IIDG模型降阶前后的静态稳定一致性进行了分析;利用系统稳定域边界二次近似方法,对IIDG模型降阶前后的暂态稳定一致性进行了分析。
  ②针对通信网络资源充裕情况下有限时间一致性控制算法可能导致抖振问题,提出一种非线性有界且基于连续通信的改进分布式二次控制方法;分析Lipschitz连续条件的定义,利用贝塔累积分布函数性质改进一致性控制算法,提升系统二次控制的收敛速度并抑制暂态超调;通过与有限时间一致性控制进行比较证明所提算法在解决抖振问题方面的优势;利用Lyapunov判稳函数证明控制策略的稳定性。
  ③针对通信网络资源受限情况下分层控制可能出现的通信延时和丢包问题,提出一种基于事件触发控制的改进分布式二次控制方法;分析事件触发控制基本原理和分类方法,综合考虑通信延时和数据丢包对事件触发条件影响,设计基于状态量无关型的改进事件触发函数提高算法鲁棒性;研究通信网络的延时和丢包机理并以此估计最小触发时间间隔和最大可允许通信延时;通过理论推导证明所提控制策略的稳定性,与基于状态量相关型的事件触发控制算法比较证明改进控制算法的有效性。
  ④针对通信资源受限情况下分层控制可能遭受欺骗性网络攻击问题,提出一种基于事件触发控制的改进分布式二次控制方法;分析网络攻击基本原理,构建欺骗性网络攻击概率模型;考虑欺骗性网络攻击隐蔽性、随机性特征,采用固定触发上限值的触发方式设计改进事件触发控制方法;分析随机稳定性基本理论,结合Layponov方法证明所提方法的均方收敛一致性;研究收敛上限值函数与关键参数关系并给出相应可调范围。
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