[发明专利]CPS概念下的微网中考虑时滞和丢包问题的分布式控制方法

说明书

本发明基于信息物理融合系统的概念将微网控制结构分为通信系统和物理系统，并在此结构上提出了一种新型分布式控制策略来改善传统下垂控制对电压和角频率的控制效果。首先，本发明基于图论知识提出微电网通信系统模型，且由多个单一分布式电源的通信结构构成整体通信系统；其次，在通信系统中，一种结合反向神经网络和预测控制的方法被提出来解决通信时滞问题；一种新型带有虚拟领航者的一致性协议被提出来解决丢包问题；再次，在物理系统中，以P‑ω/Q‑U下垂控制作为电压和角频率的一次控制；最后，利用通信系统中的电压和角频率数据和提出的新型一致性协议来完成对物理系统中下垂控制输出的电压和角频率的二次控制，且该控制策略具有分布式协同特性。

技术领域

本发明属于智能电网控制领域，具体涉及一种在信息物理融合系统(CyberPhysical Systems,简称CPS)概念下的微电网中且考虑通信时滞和丢包问题的分布式协调控制策略的设计方法。

背景技术

信息物理融合系统是通信系统和物理系统的结合体。它是一个复杂的系统，包括计算决策设备、通信系统和物理系统。其具有实时感知、动态控制和为大型工程系统提供信息服务等功能。这些功能是通过将控制技术、计算技术，通信技术进行有机的整合和深度合作得到的。CPS是下一代工程系统，具有广阔的工业应用前景。但在通信系统中会存在时滞和信息包丢失(简称丢包)的问题，需要进一步研究解决策略。

微电网(Micro-Grid)也译为微网，是指由分布式电源(Distributed ElectricResource,简称DER)、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网连接进行并网运行，也可以自身处于孤岛运行。由于微电网中的各类分布式电源和储能装置连接到主网络或负载的接口大多数都是通过由高频电力电子器件组成的逆变器作为主要组成部分，因此对微电网的控制可以理解为对各应用于微网系统中的逆变器的控制。

近年来，微电网逆变器控制方法一般采用P-ω/Q-U下垂控制方法。但由于P-ω/Q-U下垂控制方法是利用近似等效原理推导得出的，因此，传统的P-ω/Q-U下垂控制是一种有差调节控制。单纯的下垂控制不能实现微网系统的电压值和角频率值达到预期的参考值。基于CPS的概念且考虑通信时滞和丢包问题，本发明在微电网通信系统结构下，设计出一个具有虚拟领航者的一致性协议来完成对微电网物理系统中电压和角频率的分布式控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CPS概念的微网中考虑时滞和丢包问题的分布式控制方法。该发明通过构建微网通信系统和物理系统的控制架构，并通过合理分析，设计出一种即智能又可靠的分布式协调控制策略，进而确保微电网的电压和角频率得到可靠的控制效果。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于CPS概念的微网中考虑时滞和丢包问题的分布式控制方法，该方法内容包括以下步骤：

步骤一：基于CPS的概念和图论理论对通信系统中信息流传递进行分析，并构建通信系统流量数学模型；

步骤二：基于构建的通信系统流量数学模型，构建有效可行的微电网系统中单一DER的通信结构，再由多个DER组成整体微网通信系统；

步骤三：基于该通信系统，将其中的各分布式电源均视为一个智能体，并将智能体领域的领航者-跟随(Leader-following)一致性理论应用于微电网中；对于通信系统中的时滞问题，采用反向神经网络(Back-Propagation Neural Network，简称BPNN)与预测控制相结合的策略来克服时滞问题；对于通信系统通信中的丢包问题，通过采用新型虚拟领航者-跟随(Virtual leader-following)一致性协议来克服丢包问题；

步骤四：对于实际微电网系统，构建物理系统及完成物理系统中微网各分布式电源的电压和角频率的一次控制；