可插拔式分散式次級控制器用於具有網格形成逆變器的微電網

Kernkonzepte

提出了一種基於分散式優化的分散式控制器,用於具有網格形成逆變器的微電網的次級控制問題。該控制器實現了電壓調節和無功功率共享。

Zusammenfassung

本文提出了一種分散式次級控制方案,用於具有網格形成逆變器的微電網中的電壓調節和無功功率共享。

主要內容包括:

1. 提出了一種基於分散式優化的分散式控制器,每個網格形成逆變器只需使用本地測量和鄰居信息即可實現控制。

2. 分析了控制器的收斂性,證明了電壓調節和無功功率共享的性質。

3. 進行了控制器硬件在環實驗,驗證了所提出的分散式控制器在次級控制中的有效性。

該方案具有以下特點:

• 可插拔式操作,支持逆變器的動態加入和退出
• 靈活性強,可實現不同的控制目標,如電壓調節或無功功率共享
• 隱私保護,只共享非線性估計,避免了私有信息的泄露

總的來說,該分散式次級控制方案為微電網的穩定運行提供了有效的解決方案。

Statistiken

微電網系統的額定電壓為240V,頻率為60Hz,容量為1.25MVA。
每個網格形成逆變器的額定功率為200kVA。
網格形成逆變器的無功功率共享目標為75kVAr(0.375 pu)。
系統負載從1000kW和750kVAr增加到1250kW和1125kVAr,後又降回1000kW和750kVAr。

Zitate

"提出了一種基於分散式優化的分散式控制器,用於具有網格形成逆變器的微電網的次級控制問題。"
"該控制器實現了電壓調節和無功功率共享。"
"進行了控制器硬件在環實驗,驗證了所提出的分散式控制器在次級控制中的有效性。"

Wichtige Erkenntnisse aus

A Plug and Play Distributed Secondary Controller for Microgrids with Grid-Forming Inverters

by Vivek Khatan... um arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.19866.pdf

Tiefere Fragen

如何擴展所提出的分散式控制方案,以應對通信延遲和線路阻抗變化等實際運行中的挑戰?

所提出的分散式控制方案可以通過幾個關鍵策略來擴展，以應對通信延遲和線路阻抗變化等實際運行中的挑戰。首先，為了處理通信延遲，可以引入事件觸發的通信機制，這樣只有在系統狀態變化超過某個閾值時，才會進行信息的傳輸，從而減少不必要的通信負擔。此外，利用自適應控制技術，根據實時的通信延遲情況調整控制參數，能夠提高系統的穩定性和響應速度。
其次，針對線路阻抗變化的問題，可以在控制算法中引入動態調整的虛擬阻抗設計。這種設計允許逆變器根據實時測量的線路阻抗自動調整其控制參數，以確保在不同的運行條件下仍能實現有效的電壓調節和無功功率共享。這樣的自適應機制不僅提高了系統的靈活性，還能增強其對突發事件的應對能力。

在分散式控制中,如何有效地檢測和隔離惡意行為的逆變器,以增強系統的安全性?

在分散式控制中，檢測和隔離惡意行為的逆變器可以通過多層次的安全機制來實現。首先，系統可以實施基於行為的監控，通過分析逆變器的運行數據（如功率輸出、電壓和頻率等）來識別異常行為。這些異常行為可能表現為與預期操作不符的數據模式，系統可以設置閾值來自動檢測這些異常。
其次，利用分散式共識算法，逆變器之間可以進行相互驗證，確保每個逆變器的數據一致性。如果某個逆變器的數據顯示出顯著的偏差，則可以啟動隔離程序，將其從控制網絡中移除，防止其對整體系統造成影響。此外，系統還可以引入惡意行為檢測算法，這些算法基於機器學習技術，能夠隨著時間的推移不斷學習和適應，從而提高檢測的準確性和效率。

分散式次級控制如何與其他層級的控制(如主控制和三級控制)進行協調,實現微電網的整體優化?

分散式次級控制與其他層級的控制（如主控制和三級控制）之間的協調是實現微電網整體優化的關鍵。首先，次級控制層可以根據主控制層提供的全局目標（如頻率和電壓的參考值）來調整其控制策略。這種協調確保了次級控制能夠在滿足全局需求的同時，根據本地的實際情況進行靈活調整。
其次，三級控制層通常負責長期的資源分配和經濟運行策略，次級控制層則可以根據三級控制層的指令來優化短期的運行參數。這樣的層級協調可以通過設置明確的通信協議和數據共享機制來實現，確保各層級之間的信息流通暢通無阻。
最後，通過引入分散式優化算法，次級控制層可以在本地進行優化計算，並將結果反饋給主控制層，這樣不僅提高了系統的響應速度，還能在不同的運行條件下實現更高效的資源利用。這種多層次的協調機制最終促進了微電網的整體性能提升和穩定性增強。