陳維榮　陸文婷　戴朝華

21世紀(jì)初期，為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式發(fā)電之間的矛盾，充分利用分布式發(fā)電污染少、能源利用率高、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，一些專家學(xué)者提出了微電網(wǎng)的概念.微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以與配電網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行[1].直流微電網(wǎng)中，分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷、大電網(wǎng)通過(guò)直流母線相連接，具有節(jié)省變流器設(shè)備投入與損耗、控制簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低等特點(diǎn)[2].

微電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，離不開(kāi)完善穩(wěn)定的控制系統(tǒng).電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題需要用非線性高維微分方程組來(lái)描述，可表述為[3]

minJ（x，y）=∫∞0∑n1i=1qiFi（x，y），

s.t.x=f（x，u，w），

0=ψ（x，y），

λ<Ω<β.（1）

這是一個(gè)具有特高維約束條件的變分問(wèn)題，現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)科學(xué)難以求得滿意解.文獻(xiàn)[3]提出通過(guò)建立混成控制系統(tǒng)（hybrid control system， HCS）的方法解決上述高難度問(wèn)題，將混成控制理論應(yīng)用于大電網(wǎng)，介紹了實(shí)現(xiàn)多重目標(biāo)趨優(yōu)的混成控制系統(tǒng)，揭示了其“事件驅(qū)動(dòng)”本質(zhì)，指出了事件的分類和一些主要事件的形成條件；文獻(xiàn)[4]論述了一個(gè)光伏電池/燃料電池直流電力系統(tǒng)的混成控制系統(tǒng)的能量管理控制策略，但未對(duì)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮.

直流微電網(wǎng)在接納分布式直流電源和為本地直流負(fù)載供電方面優(yōu)于交流電網(wǎng)[5].隨著智能電網(wǎng)和直流輸電的發(fā)展，直流微電網(wǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景，而目前對(duì)于直流微電網(wǎng)控制方面的研究尚處于起步階段.由于混成控制系統(tǒng)是一個(gè)趨優(yōu)控制系統(tǒng)，在工程上可以解決實(shí)際的多目標(biāo)趨優(yōu)控制問(wèn)題，本文提出將混成控制理論應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)第48卷第5期陳維榮等：基于事件驅(qū)動(dòng)的微電網(wǎng)多目標(biāo)趨優(yōu)控制多目標(biāo)優(yōu)化控制，采用基于事件驅(qū)動(dòng)的分析建模方法[6]，建立一個(gè)Stateflow模型，該模型可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)控制目標(biāo)做出判斷，輸出控制量到Simulink中，調(diào)度微網(wǎng)中各微電源，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的多目標(biāo)趨優(yōu)控制.針對(duì)一個(gè)具體直流微電網(wǎng)，論述了各微電源的調(diào)度運(yùn)行策略，給出了相關(guān)事件的定義，設(shè)計(jì)了其事件驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并在MATLAB/Simulink/Stateflow環(huán)境下進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果初步驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性.1混成控制系統(tǒng)的概述過(guò)去的二十多年來(lái)，混成系統(tǒng)在多個(gè)學(xué)科的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)和控制學(xué)科的前沿研究熱點(diǎn)[7].大多數(shù)復(fù)雜控制系統(tǒng)都包含了由連續(xù)變量所描述的物理層的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程和以符號(hào)操作與離散監(jiān)控決策為特征的高層協(xié)調(diào)優(yōu)化過(guò)程，因此混成系統(tǒng)在工業(yè)控制和國(guó)防等領(lǐng)域大量存在[8].混成系統(tǒng)至今尚無(wú)統(tǒng)一定義，可將混成系統(tǒng)理解為：自身具有分層結(jié)構(gòu)，并且其行為（狀態(tài)和輸出）取決于離散時(shí)間系統(tǒng)和連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)相互作用的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[9].

混成控制理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)時(shí)，將系統(tǒng)全狀態(tài)劃分為滿意狀態(tài)和不滿意狀態(tài)，定義不滿意狀態(tài)為事件，同一時(shí)刻可以有多事件并行發(fā)生，通過(guò)消除事件使系統(tǒng)處于無(wú)事件運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)（如電能質(zhì)量、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性）達(dá)到最優(yōu)，復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為單一的“消除事件”操作[4]，大大降低了控制難度.混成控制理論在電力系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景，將成為新時(shí)期智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的重要手段[10].

一般來(lái)說(shuō)，大致可以將事件分為三類[3]：安全性事件，指系統(tǒng)運(yùn)行狀況超出了預(yù)先設(shè)定的安全性指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)性事件，指系統(tǒng)的運(yùn)行能耗指標(biāo)越限；電能質(zhì)量事件，指電能質(zhì)量指標(biāo)不達(dá)標(biāo).

HCS的模型通常由3個(gè)層次構(gòu)成：最高決策與指揮層、中間處理與操作層、底層（動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)）[3].最高決策與指揮層接受中間處理與操作層、底層提交的信息，經(jīng)過(guò)信息處理后送給事件判斷機(jī)構(gòu)，判斷事件是否發(fā)生.若形成事件，則向中間處理與操作層下發(fā)控制指令.中間處理與操作層結(jié)合上層控制指令與本層獲得的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算處理，生成有效操作指令，送達(dá)底層.底層各個(gè)裝置、設(shè)備接受操作指令，完成相應(yīng)的控制操作，并將其狀態(tài)和數(shù)據(jù)反饋給上層機(jī)構(gòu).2 直流微電網(wǎng)混成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1直流微電網(wǎng)模型與其HCS結(jié)構(gòu)模型微電網(wǎng)中包含了各種分布式電源，由于大部分分布式電源均為直流發(fā)電，因此采用直流微電網(wǎng)可以減少DC/AC逆變器的投入，節(jié)省投資.直流微網(wǎng)無(wú)需考慮分布式電源間的同步，不存在頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，控制相對(duì)簡(jiǎn)單.分布式電源和負(fù)荷的波動(dòng)可以通過(guò)連接在直流母線上的儲(chǔ)能裝置得到補(bǔ)償.

本文構(gòu)建的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓為570 kV，包含10 kW的光伏電池組、10 kW的燃料電池組（fuel cell， FC）、15 kW的蓄電池和負(fù)荷.負(fù)荷滿載為20 kW，包括重要負(fù)荷10 kW，一般負(fù)荷10 kW.本文中直流微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，暫不考慮其與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的情況.

根據(jù)上述微電網(wǎng)模型，并參考文獻(xiàn)[11]中混成自動(dòng)電壓控制（hybrid automatic voltage control， HAVC）系統(tǒng)模型，可以繪制出此微電網(wǎng)的HCS結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示.