基于多智能体系统的微电网分散协调控制策略︱本刊学术

燕山大学电气工程学院的研究人员窦春霞、李娜、徐晓龙，在2015年第7期《电工技术学报》上撰文，针对微电网在外界干扰情况下的动态稳定性问题，提出了基于多智能体系统的微电网分散协调控制策略。

多智能体系统构建为两层，在下层智能体里，各分布式发电单元的分散控制设计为双环就地控制器，即由基于下垂特性的外环功率控制器和基于分数阶PID的内环电压电流控制器组成；在上层智能体里，微电网协调控制设计为H鲁棒控制器。由于上层协调控制智能体根据电压稳定性评估指标来决定是否启动协调控制器，故研究构建了微电网电压稳定性评估指标，当微电网承受小干扰时，评估指标在安全域内，此时则仅依靠分散控制策略来维护系统的电压；而当有大干扰发生时，评估指标超出安全域，此时则启动协调控制，并与分散控制一起维护电压稳定。最后，仿真结果验证了控制策略的有效性。

图1 基于MAS的分散协调控制策略

随着分布式发电在电力系统中的不断渗透，由分布式电源（distributed generator, DG）、储能装置、负荷和控制装置组成的微电网备受关注。

作为一种新型高效的能源利用形式，微电网既可以并网运行，也可以孤岛运行[1,2]。在大电网正常运行状态下，微电网工作在并网模式，维护微电网稳定性的任务主要由大电网来承担。大电网出现故障后，电力系统的继电保护装置静态开关动作，断开微电网与大电网的连接，微电网进入孤岛运行状态，此时微电网失去了大电网的支撑，需要由内部的DG来维护系统的稳定运行。

因此，如何对微电网内部的多种DG进行有效的控制以保证微电网在不同运行模式下都能安全稳定运行，该问题成为微电网研究的一个难点[3,4]。

大多数DG及储能装置通过电力电子接口接入微电网，其控制策略主要由逆变器完成[5]。近年来，微电网逆变器控制技术的研究已取得了很多成果，分散控制和集中控制是微电网控制方向的两大主要方法。分散控制是针对采用即插即用分布式电源的微电网提出的控制方法，是一种无通信互连线的控制技术[6]。每个个体单元都是由相应的局部控制器独立控制，需要本地信息，而不需要通信技术，该方法将系统的不平衡功率动态分配给各机组承担，具有简单、可靠、易于实现的特点。

对简单的微电网系统来讲，分散控制策略结合上层的能量管理系统能够维护微电网稳定。但随着新能源发电的不断渗透，微电网系统越来越复杂化，对于结构组成复杂的微电网系统，分散控制方法由于缺少单元系统之间的配合，在微电网遭受严重扰动时，系统的电压质量可能无法达到满意的效果。而集中控制方法则根据系统全局信息，由中心控制器统一控制各单元系统，对于结构不是很复杂的系统，该方法非常有效。

集中控制缺点是需要可靠的通信互连线，增加设备需要相应的通信通道支持，通信可靠性影响微电网运行。对于地域广阔、结构复杂的微电网系统而言，由于系统建模的巨大维数和信号传输的时滞问题，集中控制有时实现比较困难，即便实现可能也难以获得满意的控制效果。分散控制与集中控制各自具有优缺点，需要针对不同的系统考虑采用不同的控制方法[7]。

除此之外，更需要构建一种具有分散控制和集中控制的优点，也能克服它们的缺点的控制方法。正是基于上述思想，本文提出研究基于多智能体系统（Multi-agent system, MAS）的分散协调控制策略来维护大扰动下微电网的电压稳定。

为了解决微电网动态稳定性问题，研究构建了基于MAS的分散协调控制策略。该MAS设计为两层智能体，下层单元智能体执行分散控制，即在下层智能体里，设计双环分散控制器，包括基于下垂特性的外环功率控制器和基于分数阶PID的内环电压电流控制器。

上层智能体执行协调控制策略，即在上层智能体里，基于电压实时动态信息，构建电压评估指标，并采用H鲁棒控制方法结合线性矩阵不等式技术设计协调控制器；当上层智能体电压评估指标在安全域时，仅靠分散控制器维护系统稳定，当评估指标超出安全阈值时，上层智能体启动相应的协调控制器，此时协调控制器与分散控制器一起维护系统稳定。

该方法既能在大扰动时维护全系统良好控制性能，又便于实现。最后，仿真验证了该控制方法的有效性。

结论

为了提高微电网大干扰情况下的动态稳定性，设计了基于MAS的分散协调控制策略。针对微电网系统研究构建了基于MAS两层控制方案。在下层单元智能体里，构建双环分散控制器，即下垂特性的外环功率控制器和分数阶PID电压和电流控制器，并用遗传算法优化各控制器的参数；在上层智能体里，构建了电压稳定性评估指标，并设计了H鲁棒协调控制器，由该评估指标判定协调控制器是否处于启动模态，以确保微电网在大干扰下的动态稳定性。最后，仿真结果表明该控制策略在大扰动下能够维护微电网电压稳定。