学位论文题目：多馈线孤岛型交流微电网分布式二次控制研究

论文简介

随着人们对气候变化以及传统化石燃料发电机负面环境影响的担忧日益加剧，微电网的发展需求日益迫切。微电网能够整合可再生能源、储能系统与分布式负荷，并通过分层控制架构实现协同控制。微电网中的一次控制通常通过下垂控制法实现，该方法无法保证无功功率均分，且可能导致稳态电压/频率偏差。在由大量负荷馈线和稀疏分布的分布式发电单元组成的多馈线微电网系统中，这些挑战进一步加剧。在此类拓扑下，如何实现所有负荷馈线的电压协同调节，同时对有功/无功潮流进行精确控制，成为一项极具挑战性的任务。二次控制用于补偿上述偏差，可采用集中式或分布式两种实现方式。由于集中式控制存在单点故障风险，分布式控制因具备高可靠性、高效率和强韧性而成为更优选择。因此，本文围绕基于逆变器的多馈线孤岛型交流微电网的分布式二次控制框架展开研究。本文首先提出一种具有韧性的分布式控制策略，以同时实现所有负荷馈线的电压恢复与无功功率精确均分。该策略结合本地阻抗估计与基于二次优化的二次控制器，仅需在各逆变器控制器间传输电压幅值，即可高效达成上述双重目标。此外，本文引入一种基于二端口变换的新型网络近似技术，在不影响系统整体性能的前提下降低模型复杂度，实现快速计算与低带宽部署。通过小信号稳定性分析、仿真研究及实时实验，验证了所提方法的有效性与可扩展性。实验室规模的逆变器微电网原型配备了高性能变流器输出控制器，具备快速故障检测能力。为进一步降低控制复杂度并提升模块化程度，本文设计了可在多智能体系统上实现的分布式二次优化框架。该方法通过虚拟隔离电压源型构网单元，将复杂微电网分解为多个简化子网。每个子微电网仅利用本地及相邻智能体信息，独立求解本地化次优问题，且可通过商用数字信号处理器实现。这种虚拟隔离机制避免了各智能体需进行全局一致性计算与大规模运算的问题，仅需交互最终优化值，展现出对参数变化的高敏感性与易实现性。此外，本文提出一种新型解耦球面搜索算法以确保快速收敛。通过收敛性分析与仿真研究，验证了所提分布式方法在多馈线微电网系统中功率均分与电压恢复的有效性；实验验证进一步证明了该分布式控制方法在现代微电网中的可扩展性与工程实用性。在逆变器主导的现代微电网中，构网型与跟网型逆变器通常共存并协同运行。本文将基于虚拟隔离的分布式框架进一步扩展，通过统一优化模型整合含构网型与跟网型逆变器的分布式电源。通过源变换将跟网型单元等效为电压源，同时对构网型单元进行虚拟隔离，实现了适用于所有分布式电源类型的统一控制结构。多智能体系统负责分布式运行管理，每个智能体在其指定子网内最多管理2个构网型单元与若干跟网型单元。这种协同结构在保证功率精确均分与电压调节性能的同时，大幅降低了计算成本、提升了实时适用性并简化了实现过程。通过数学建模、收敛性分析及不同工况下的仿真与实验研究，验证了所提协同分布式方法的鲁棒性。