開(kāi)發(fā)利用可再生能源有助于解決當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境雙重危機(jī)，是推動(dòng)能源革命和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一。然而大規(guī)?？稍偕植际诫娫粗苯硬⒕W(wǎng)使電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨新的挑戰(zhàn)：一方面，風(fēng)光等間歇性新能源的輸出功率具有波動(dòng)性和隨機(jī)性，簡(jiǎn)單并網(wǎng)將對(duì)用戶造成功率沖擊；另一方面，分布式電源的接入改變了電網(wǎng)單向潮流的格局，使傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行模式難以適應(yīng)新的控制需求。

● 微電網(wǎng)是由多種分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)載以及相關(guān)監(jiān)控保護(hù)裝置構(gòu)成的能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的區(qū)域自治型電力系統(tǒng)，現(xiàn)有研究和實(shí)踐表明，分布式電源以微電網(wǎng)形式接入配電網(wǎng)，是發(fā)揮分布式電源效能的最有效途徑。近年來(lái)世界各國(guó)都加大了對(duì)分布式發(fā)電以及微電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注和發(fā)展力度，微電網(wǎng)技術(shù)正在快速發(fā)展，成果也在大力推廣應(yīng)用過(guò)程中。

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

7e3e6709c93d70cf586a25a025781406bba12b32.png

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源種類繁多、運(yùn)行模式多樣、控制策略各異、可控程度不同，恰當(dāng)有效的多源協(xié)調(diào)控制是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、高效運(yùn)行的關(guān)鍵，也是解決優(yōu)化配置、繼電保護(hù)等其它問(wèn)題的前提。分布式協(xié)同控制兼顧傳統(tǒng)集中式和分散式控制的優(yōu)勢(shì)，基于局部信息交互促成類全局信息共享，以稀疏通訊方式實(shí)現(xiàn)本地控制決策的全局優(yōu)化，適應(yīng)于微電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)實(shí)時(shí)性、靈活性和可靠性的更高要求以及“即插即用”的控制需求，由此受到了國(guó)內(nèi)外微電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注與深入研究。

《微電網(wǎng)分布式控制理論與方法》首先介紹了微電網(wǎng)基礎(chǔ)內(nèi)容，包括分布式電源建模、微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)和逆變器控制方法等，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)地進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，就微電網(wǎng)分布式控制理論與方法的重點(diǎn)和難點(diǎn)展開(kāi)介紹，具體包括分布式協(xié)同控制策略、通訊拓?fù)浜涂刂破鲄?shù)優(yōu)化、分布式智能控制三大部分。

1

分布式控制是以一致性協(xié)同理論為基礎(chǔ)，各分布式電源通過(guò)與相鄰分布式電源進(jìn)行信息交互并調(diào)整狀態(tài)，最終所有狀態(tài)趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)全局協(xié)同控制。根據(jù)有無(wú)預(yù)設(shè)控制目標(biāo)可分為分布式平均一致性控制和分布式牽制一致性控制，分布式平均一致性控制實(shí)現(xiàn)無(wú)中央控制器的控制決策本地類全局優(yōu)化，適應(yīng)微電網(wǎng)控制對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性的更高要求；分布式牽制一致性控制，通過(guò)選擇性地對(duì)部分分布式電源施加牽制控制，其他分布式電源基于通信耦合關(guān)聯(lián)向牽制分布式電源搜尋同步，最終全局達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值。

2

布式控制結(jié)構(gòu)和分布式控制器參數(shù)優(yōu)化是分布式控制策略優(yōu)化的兩個(gè)重要部分。分布式控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化（稀疏通信拓?fù)鋬?yōu)化）以提高動(dòng)態(tài)收斂性和通信延時(shí)裕度、提升協(xié)同性能、降低鏈路數(shù)目為目標(biāo)，優(yōu)化拓?fù)漭^普通拓?fù)淇娠@著提高微電網(wǎng)控制的動(dòng)態(tài)性能和延時(shí)魯棒性。分布式控制器參數(shù)優(yōu)化分別基于線性二次調(diào)節(jié)法和臨界特征根跟蹤法設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，提升動(dòng)態(tài)收斂的一致性，并對(duì)其在微電網(wǎng)分布式控制策略應(yīng)用中的實(shí)際指導(dǎo)意義進(jìn)行分析。

3

分布式智能控制策略將智能控制方法引入常規(guī)一致性控制策略，以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能為目的在理論算法和實(shí)施方式上展開(kāi)進(jìn)一步的研究和探索。分布式預(yù)測(cè)一致性控制，通過(guò)對(duì)未來(lái)時(shí)間斷面的微電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化控制決策，避免控制量過(guò)控、誤控或欠控等問(wèn)題。在分布式一致性控制中加入輔助預(yù)測(cè)項(xiàng)，提出了基于輔助預(yù)測(cè)項(xiàng)的分布式線性預(yù)測(cè)控制，通過(guò)可調(diào)參數(shù)預(yù)測(cè)項(xiàng)提高控制過(guò)程的收斂速度和不同控制周期的魯棒性；針對(duì)分布式預(yù)測(cè)一致性中未考慮逆變器的非線性動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)一步提出了基于輸入輸出反饋線性化的分布式非線性預(yù)測(cè)控制。

以上內(nèi)容構(gòu)建了多目標(biāo)、多層次、多屬性的微電網(wǎng)分布式控制理論與方法，可為微電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供支撐，為其他學(xué)科應(yīng)用分布式控制方法提供案例借鑒。本書(shū)力求對(duì)這一領(lǐng)域的若干重要研究成果進(jìn)行較為完整的概括和總結(jié)，從第二章、第三章的分布式電源建模、微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)和逆變器控制方法入手，著重圍繞第六章微電網(wǎng)分布式協(xié)同控制理論、第七章分布式控制策略優(yōu)化、第八章微電網(wǎng)智能分布式控制策略和第九章分布式策略仿真驗(yàn)證等核心內(nèi)容展開(kāi)，以層層遞進(jìn)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言進(jìn)行描述。讀者僅需掌握基本的電力系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)知識(shí)，便可把握微電網(wǎng)分布式控制理論與方法發(fā)展的總體脈絡(luò)。

《微電網(wǎng)分布式控制理論與方法》一書(shū)的工作得到了國(guó)家863計(jì)劃（含分布式電源的微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，2011AA05A107）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（分布式可再生能源發(fā)電集群實(shí)時(shí)仿真和測(cè)試技術(shù)，2016YFB0900404）和國(guó)家自然科學(xué)基金（基于源荷儲(chǔ)分散式協(xié)同的自治電力系統(tǒng)緊急控制研究，51477029；冷熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)高效運(yùn)行的建模和優(yōu)化方法，51277027）等項(xiàng)目的支持，獲得了其他科研院校和實(shí)際生產(chǎn)部門(mén)許多專家的大力幫助。本書(shū)得以成稿，需要感謝課題組研究生陳明、曹戈、洪灝灝、楊權(quán)、史文博、盛麗娜、曹陽(yáng)、薛帥等的辛勤付出。同時(shí)，特別感謝天津大學(xué)王成山教授、清華-伯克利深圳學(xué)院許銀亮教授、東南大學(xué)竇曉波教授、吳在軍教授、全相軍老師在本書(shū)研究和寫(xiě)作過(guò)程中的幫助和支持。在本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程中，一直得到科學(xué)初版社相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和編輯的鼓勵(lì)和支持，他們?yōu)楸緯?shū)順利初版做了大量細(xì)致而辛苦的工作，在此一并表示感謝。

本書(shū)工作是作者課題組在微電網(wǎng)分布式控制領(lǐng)域近10年科研成果的總結(jié)，希望對(duì)廣大同行有一定的參考作用。寫(xiě)作過(guò)程持續(xù)了3年，期間幾易其稿，但由于微電網(wǎng)運(yùn)行控制涉及面廣，作者水平有限，本書(shū)內(nèi)容中可能存在不妥之處，懇請(qǐng)各位專家和讀者批評(píng)指正。