具有容性负载的直流微电网系统分布式协同控制.docx

直流微电网系统是一种小型发配电系统，集合了分布式电源、储能装置、能量转换装置和相关负荷，具备自我控制和管理的能力。它可以并网运行，也能独立运作。在电动汽车、舰船、航天飞机和潜艇等领域，直流微电网因其众多直流特性的组件（如太阳能、电池、超级电容、电子负载等）而广泛应用。然而，直流微电网系统面临的主要挑战之一是负载均衡问题，这可能导致电压不稳定和效率降低。 分布式协同控制作为一种新兴的控制策略，源于分布式计算理论，通过子系统间的局部交互实现全局目标。这种方法包括一致性算法和Gossip算法，具有良好的扩展性和鲁棒性。过去的研究，如Olfati-Saber、Ren和Qu的工作，已经成功地将分布式协同控制应用于无人驾驶汽车、无人机编队、航天器同步和移动传感网络目标追踪等领域。 在微电网系统中，分布式协同控制也开始发挥作用。例如，Lewis和Davoudi团队采用分布式控制解决由DC-DC变换器并联构成的系统的电流均衡和电压跟踪问题。这种控制策略无需中心控制器，单个节点故障不会影响整体性能，具有高可靠性，并适应有向或无向通信拓扑，且对节点故障和通信链路故障有抵抗能力。 针对直流微电网群，Guerrero团队建立了小信号模型，分析了系统参数、常值功率负载和线路阻抗对系统稳定性的影响，提出了一种分层控制框架。Davoudi团队进一步发展了这一概念，通过协同控制实现微电网间的负载均衡。还有文献将电压调节和负载均衡控制视为多目标优化问题，提出分布式协同控制方法，甚至处理通信延迟问题。 对于具有容性负载的直流微电网，当前的研究多集中于线性系统，但当电网包含容性负载时，系统会变成非线性耦合系统。本文旨在解决这类系统的负载均衡问题，通过引入容性负载电压观测器，将问题转化为一阶积分器多智能体系统的一致性跟踪问题。基于最近邻原则，在有向通信拓扑上设计分布式协作负载均衡控制器，并通过分析增广矩阵的特征值来证明整个闭环系统的稳定性。 论文结构分为四部分：第一部分对具有容性负载的直流微电网系统进行建模并阐述负载均衡问题；第二部分介绍如何通过容性负载电压观测器进行解耦，并设计分布式协同控制器；第三部分通过具体电流均衡控制实例分析结果；第四部分对全文进行总结。 本文为解决具有容性负载的直流微电网系统的负载均衡问题提供了新的视角和控制策略，有望增强系统稳定性和整体性能。这种分布式协同控制方法不仅能够优化直流微电网的运行，还可能推动微电网技术在未来的可再生能源集成和智能电网中的应用。