[發明專利]一種考慮通信中斷的孤島微電網的信息物理協同應對方法

有效

• 申請號: 201810299170.2
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108521345B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 竇春霞;張博;滕升起;李遠哲;米雪
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/703;H04L12/733;H04L29/08;H02J3/38
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發明公開了一種考慮通信中斷的孤島微電網的信息物理協同應對方法，在網絡層，提出一種結合圖論和改進遺傳算法(GA)的路徑規劃方法來解決通信者之間的通信中斷問題。在物理層，針對傳感器間通信中斷的問題，提出一種結合極限學習機器(ELM)和模型預測控制(MPC)的預測補償方法。最后用MATLAB驗證了本文提出的協同響應策略的有效性。本發明方法可有效解決孤島微電網二次控制過程中出現的通信中斷問題。

技術領域

本發明涉及智能電網控制領域，尤其是一種考慮通信中斷的孤島微電網的信息物理協同應對策略的設計方法。

背景技術

信息物理融合系統(CPS)是通信系統和物理系統的結合體。它是一個復雜的系統，包括計算、通信網絡和物理實體。其實時監控功能、動態控制功能和自助信息服務的功能是通過3C(控制、計算、通信)技術的有機整合和深度合作而實現的。CPS是實現計算、通信和控制技術集成的下一代工程系統的重點研究對象。隨著嵌入式技術和通信技術的快速發展，CPS的概念在電力工程中的應用越來越廣泛，從而組成電力信息物理融合系統(即電力CPS)。因為在電力CPS中，控制和管理的各個部分都高度依賴于通信網絡，所以當通信網絡的數據受到干擾時(可能會由于數據攻擊受到干擾)會影響整體系統的性能(比如控制效果和狀態穩定性)。IEEE會議于2012年發表了關于這一主題的專輯，討論了電力CPS的實現模型和安全保護系統。

隨著“智能電網”這一研究概念的提出，CPS的概念也開始應用在電網中。微電網(Micro-Grid)也譯為微網，是指由分布式電源(DER)、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。且又因為微電網是智能電網的重要組成部分，所以CPS在微電網中的應用與研究也越來越廣泛。這也使得基于通信網絡的分層控制策略在微網中得到了更廣泛的應用。但是將通信網絡添加到控制結構中還導致許多通信問題，例如通信中斷。通信中斷主要發生在傳感器和通信器中。而目前，大多數的研究都集中在物理層設計合適的策略來解決中斷問題，而忽略了信息層的作用。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于分層控制架構并考慮分層控制過程中可能存在傳感器和通信器中斷情況的考慮通信中斷的孤島微電網的信息物理協同應對方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述方法包括以下步驟：

步驟1，在信息層中包括通信網絡、通信器、傳感器和一致性控制環節；

在物理層中包括下垂控制器、功率控制器、一致性控制、二次控制器、虛擬控制器、電壓電流雙閉環；P-ω/Q-U下垂控制作為孤島微電網中各DER輸出電壓和頻率的一次控制；

步驟2，在信息層中，提出一種基于圖論和改進遺傳算法(GA)的路徑規劃方法，解決了通信者之間的通信中斷問題；

步驟3，在物理層中，提出一種結合極限學習器(ELM)和模型預測控制(MPC)的預測補償方法，解決傳感器的通信中斷問題；

步驟4，通過搭建合理的實驗場景驗證該方案的有效性。

進一步的，其特征在于：步驟2中，

2-1，判斷中斷原因：

基于圖論，每個DER對應的通信器均可以視為一個智能體。a_ij代表第i個通信器和第j個通信器之間的連接關系。如果第j個通信器可以連接到第i個通信器，則a_ij為正；否則，a_ij＝0；有向圖的鄰接矩陣定義為A_a＝a_ij∈R_n×n；

根據中斷的原因，消除A_a中相應的元素，然后進行路徑規劃，構建網絡層中的新通信線路。如設第2個通信器不能發送數據，則對應的鄰接矩陣變化如下：