孤岛微电网系统的混合控制策略及动态滤波技术研究
李翔宇1，黎东阳1*，张正江1，秦晓辉2，洪智慧1，胡文1，章纯1，张振慧1
1.电气数字化设计技术国家地方联合工程实验室（温州大学）；2.中国电力科学研究院有限公司
原文发表在《全球能源互联网》2024年第3期“双碳”目标下的新型电力系统规划与运行专题中，欢迎点击品读。本文受浙江省自然科学基金项目（LY18F030014）、浙江省科技计划项目（LGG18F010016）资助。
文章导读
微电网作为分布式能源系统的重要组成部分，对于实现能源的高效利用和促进可再生能源的接入具有重要意义。然而，微电网在实际运行中面临着频率控制的挑战，特别是当采用传统的分数阶PID和模糊分数阶PID控制器时，其性能局限性尤为明显。为了有效应对这一问题，本文提出了一种创新的变论域混合FFOPID控制器，通过自适应权重调整，优化了孤岛微电网的频率控制性能。同时，针对测量噪声对控制系统性能的负面影响，本文引入了动态数据校正（DDR）滤波技术，提高了系统受噪声干扰时的稳定性，为微电网的运行效率和可靠性提升提供了理论和实践价值。
研究成果
01
设计了一种变论域混合FFOPID控制器，与传统控制器相比兼备有效性和鲁棒性的性能优势，优化了孤岛微电网的频率控制性能。
02
采用DDR滤波技术克服了系统反馈信号受到测量噪声干扰致使电网频率偏差增大的问题，提升了微电网的频率控制稳定性。
主要内容
图1为所设计控制器结构图。该控制器由FOPID控制器和FFOPID控制器分别加权后组成，其中FOPID控制器和FFOPID控制器的权重a和b生成于所设计的模糊伸缩因子混合控制器模块。在不改变模糊控制器F1、F2的模糊子集划分及模糊控制规则的前提下，将输入输出变量模糊论域随误差的变化而做相应改变，误差较大时适当放大模糊论域，误差较小时适当压缩模糊论域，从而使混合控制器C1和C2的输出权重a和b更加精准。经过该模块的控制，当电网遇到负荷突变时，具有优越鲁棒性的 FFOPID控制器的权重b将得以提高；而在电网平稳运行时，具有更好稳态精度的FOPID控制器的权重a将得以提高。
⬆ 图 1 变论域混合FFOPID控制器结构图
图2展示了动态数据校正 (DDR) 滤波模块的滤波原理，当仅知测量值fm(t)条件下，由相应后验分布计算可知对真实值f(t)最佳估计值为测量值，结果准确性精度较低。因此，加入模型预测信息f(t)，并结合贝叶斯公式得到基于f(t)、fm(t)的f(t)后验分布。根据最大后验概率估计可得，若获得该后验分布最大值，则可使用相应的f(t)作为f(t)的估计值 fddr(t)。此处使用最大似然估计法进行求解，具体求解过程分为以下3步：①写出似然函数；②取似然函数对数；③对取似然函数对数后的 函数求偏导。最后用解似然函数得到的f(t)作为估计值 fddr(t)。
⬆ 图 2 DDR模块的滤波原理示意图
表1为分别根据平方误差积分准则（ISE）和绝对误差积分准则（IAE）对3种控制器进行对比的性能指标值。从结果可以得出，无论根据ISE还是 IAE，变论域混合FFOPID控制器的性能指标值均小于其他2种控制器，即所设计的变论域混合FFOPID控制器拥有更好的控制性能，以抑制孤岛微电网的频率波动。
表1 不同控制器下的孤岛微电网性能指标对比
表2为不同控制器作用时，孤岛模式下的微电网频率偏差方差值对比，可以得出FOPID控制器、FFOPID控制器和变论域混合FFOPID控制器在2种测量噪声分别作用时的性能表现：①无论在高斯噪声或非高斯噪声干扰时，3种控制器有DDR时的方差值均小于无DDR时的方差值。②无论噪声为高斯噪声或非高斯噪声：当无 DDR时，变论域混合FFOPID控制器的方差值均为最小；加入DDR后，变论域混合FFOPID控制器的方差值同样为最小。上述结果验证了DDR滤波技术对于 孤岛模式下微电网频率控制的有效性，以及本文设计的变论域混合FFOPID控制器相比与FOPID控制器和 FFOPID控制器时的更优性能表现
表2 孤岛模式下的微电网频率偏差方差值对比
本文引文信息
李翔宇，黎东阳，张正江，等. 孤岛微电网系统的混合控制策略及动态滤波技术研究[J]. 全球能源互联网，2024，7 (3)：336-347.
LI Xiangyu, LI Dongyang, ZHANG Zhengjiang. Research on hybrid control strategy and dynamic filtering technology for islanded microgrid system[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2024, 7 (3): 336-347(in Chinese).
研究团队
温州大学“电气数字化设计技术国家地方联合工程研究中心”主要针对“国家战略性新兴产业”和“浙江省海洋经济”等重点领域，开展数字化岸电电源技术、海岛特种电源技术、绿色能源与微电网技术、分布式光伏电能系统调控数字化、新能源材料与器件制备等关键技术的研究，为中国特种电源设计、制造、试验与检验示范基地的发展提供强有力技术支撑。
作者简介
李翔宇
讲师
研究方向为新能源场景下的电力系统稳定性分析及控制。
E-mail：lix94ee@163.com
黎东阳
硕士研究生
主要从事微电网控制方向的研究工作。
E-mail：1398997160@qq.com
张正江
教授
主要从事数据校正与参数估计、操作优化、过程控制等方面的研究工作。
E-mail：zjzhang@wzu.edu.cn
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编辑：张鹏
审核：周舟
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