[论文解读] A Two-Layer Distributed Control Method for Islanded Networked Microgrid Systems

Xiaoyu Wu, Yin Xu+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2018

Microgrid Control and Optimization参考文献 17被引用 10

一句话总结

本文提出了一种用于孤岛运行的联网微电网（NMGs）的两层分布式控制框架，实现了自主、去中心化的运行，同时确保了精确的功率分配和电压/频率调节。该方法通过一次、二次、三次和四次控制层级，在多个微电网之间实现稳定、协调的运行，经仿真和实验验证，具有出色的动态性能。

ABSTRACT

This paper presents a two-layer, four-level distributed control method for networked microgrid (NMG) systems, taking into account the proprietary nature of microgrid (MG) owners. The proposed control architecture consists of a MG-control layer and a NMG-control layer. In the MG layer, the primary and distrib-uted secondary control realize accurate power sharing among distributed generators (DGs) and the frequency/voltage reference following within each MG. In the NMG layer, the tertiary control enables regulation of the power flowing through the point of common coupling (PCC) of each MG in a decentralized manner. Furthermore, the distributed quaternary control restores system frequency and critical bus voltage to their nominal values and ensures accurate power sharing among MGs. A small-signal dynamic model is developed to evaluate dynamic performance of NMG systems with the proposed control method. Time-domain simulations as well as experiments on NMG test systems are performed to validate the effectiveness of the proposed method.

研究动机与目标

• 为解决在保持稳定、自主运行的同时，协调具有专属性所有权的多个孤岛微电网的挑战。
• 实现在每个微电网内分布式发电机之间的精确有功和无功功率共享。
• 在互联微电网之间以去中心化方式调节公共耦合点（PCC）的功率流动。
• 通过协调控制，在扰动后将系统频率和关键母线电压恢复至额定值。
• 开发一种可扩展的分布式控制架构，无需依赖中心协调器。

提出的方法

• 控制架构由微电网（MG）控制层和联网微电网（NMG）控制层组成，以分层但去中心化的方式运行。
• 在MG层中，一次控制采用虚拟阻抗和下垂控制，以在分布式发电机（DGs）之间共享有功和无功功率。
• MG层中的二次控制利用本地电压和频率测量值，跟踪参考值并提高功率共享的准确性。
• NMG层中的三次控制利用本地测量值和与邻近MG的通信，调节每个MG在PCC处的功率流动。
• 四次控制通过MG之间的去中心化协调，将系统频率和关键母线电压恢复至额定水平。
• 建立了小信号动态模型，以分析在所提出的控制方案下系统的稳定性与动态性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不依赖中心控制器的情况下协调多个孤岛微电网，同时尊重其专属性运营边界？
• RQ2 何种控制结构可确保每个微电网内有功和无功功率的精确共享？
• RQ3 如何在互联微电网之间以去中心化方式调节公共耦合点（PCC）的功率流动？
• RQ4 何种机制可在扰动后将系统频率和关键母线电压恢复至额定值？
• RQ5 所提出的控制方法在动态扰动和负载变化下的表现如何？

主要发现

• 所提出的两层分布式控制方法成功实现了每个微电网内分布式发电机之间精确的有功和无功功率共享。
• 各微电网在PCC处的功率流动通过去中心化方式得到有效调节，确保了稳定的互联。
• 通过四次控制层，系统频率和关键母线电压在扰动后被恢复至额定值。
• 时域仿真表明，系统在负载变化和孤岛事件后表现出稳定动态性能，超调量极小且恢复迅速。
• 在测试系统上的实验结果证实了所提出控制方法在真实世界条件下的可行性与鲁棒性。
• 小信号动态模型分析验证了系统稳定性，并为控制系统的暂态行为提供了深入见解。