东北大学科研人员发表分布式协同控制方法及在电力系统的应用综述-- 迪族网

东北大学科研人员发表分布式协同控制方法及在电力系统的应用综述

来源：电气技术　2022-03-05 09:08:01

为了满足传统电网向智能电网转型的需求，东北大学信息科学与工程学院的研究人员杨珺、俊浩、刘亚威、张化光，在2021年第19期《电工技术学报》上撰文，对电力系统中分布式协同控制算法的国内外研究现状进行梳理，指出该研究领域亟需解决的问题和未来发展的方向。

能源和电力系统作为国家发展的支柱性产业和核心动力，与人们的生活息息相关。由于电力系统规模庞大、地域范围广阔，给电力系统的调控带来了许多挑战，例如，由于分布式电源（Distributed Generation, DG）不断增多，存储设备和可控负载需经逆变器连接到电网，使得电网控制和电网运行模式的灵活性大大增加，因此研究微电网稳定运行控制有着重要意义；另一方面，分布式电源的出力不确定性会增加对普通发电单元的供能依赖性，严重影响了风、光等新能源发电的消纳过程。

为了有效降低电力系统中峰谷调节和频率调节的要求，需要将分布式电源纳入电力系统的经济稳定调控进程中，以提高系统运行的经济性和稳定性。

传统集中式控制方式由微电网中央控制器进行统一的信息处理和指令调控，但该控制方式的灵活性和可扩展性均比较差，并且单点故障时的可靠性较低，不能有效适应上述分布式电源高渗透率的应用场景，也无法满足“即插即用”等发展需求。为了克服集中式控制方式的局限，分布式协同控制方法被运用于电力系统的研究中。

分布式协同控制方法最初首先在多智能体系统研究领域中提出并广泛应用，常用于解决多智能体的编队控制、趋同控制、蜂拥控制以及聚集等问题。近几年来，由于其独特的优越性，分布式协同控制方法逐渐在智能电网的研究中得到重视，并在虚拟发电厂控制、经济调度、微电网频率控制及主动配电网无功优化等领域得到重点研究。

东北大学信息科学与工程学院的研究人员对分布式协同控制算法及在电力系统中的应用进行了综述。首先对集中式控制方式与分布式控制方式进行性能分析和对比；然后，综述当前分布式控制领域内所采用的各种分布式协同算法，并分析了各种分布式算法的特点；在此基础上，详细梳理了各种分布式协同控制算法在虚拟发电厂控制、经济调度、微电网频率控制及配电网无功优化四个领域内的应用情况。

研究表明，分布式协同控制方法在高渗透率分布式电源接入的背景下可以更加满足电力系统稳定性控制和经济调度的需求。但对多种分布式算法进行研究比较后发现，当前分布式算法在非理想通信、切换拓扑和协同攻击与安全问题等方面的研究还存在较大欠缺，后续研究应在上述方面加强研究深度，使算法更适合用于实际工程应用。

最后，科研人员结合现阶段智能电网的发展情况，展望了电力系统中分布式协同控制问题的研究趋势。

他们认为，随着未来智能电网的逐步发展，分布式协同控制方式必将凭借其独特的优越性应用得更加广泛，但必须承认的是，当前在某些领域分布式协同控制仍不能完全取代传统的集中式控制方式，例如在可维护性、安全性等方面分布式控制仍需进一步完善。

科研人员结合分布式协同控制的研究现状，提出未来可能的几个重点研究方向以及部分建议，具体如下：

1）有关分布式算法的研究，基本都停留在理论和仿真层面，并未与实际物理系统相结合，因此当前研究的算法和控制技术在实际的应用过程中还可能存在一定的问题。考虑到物理系统通信延时、随机丢包及拓扑结构改变等问题，还需要进一步研究非理想条件下的分布式协同控制，增强分布式协同控制算法的稳定性和鲁棒性，从而实现在实际工程中广泛应用。

2）随着能源互联网的不断发展，大规模可再生能源的接入，电力系统中电、气、热等多种类型的能源网络高度耦合，构成综合能源系统。在综合能源系统中，多种类型的能源相互转换，互为补充，形成统一整体，并且可再生能源高速发展、信息智能技术深度融合以及终端用能的多样化需求使得能源生产、分配及消费形式都出现了显著变化，呈现出时空异步、信能融合、多能互补以及智物协同的新趋势，这使得综合能源系统的平衡、协同、管控必须与之相适应。

相对于单一类型的能源系统，综合能源系统在空间上更加分散，数据规模也大幅增加，因此在综合能源系统中实现分布式协同优化控制是未来的主流趋势。目前已有部分学者专注于解决综合能源系统的能流分配和运行成本问题，但是系统稳定性等相关问题的研究还只停留在初级阶段。

3）由于分布式系统的通信拓扑结构复杂多样，因此系统安全性问题也是分布式控制当前亟待解决的问题之一。在综合能源系统中，多种能源高度耦合，当一种能源网络受到攻击，如虚拟数据注入、拒绝服务等，会破坏网络通信环境，使得其他类型能源网络也受到相应影响，导致系统经济运行无法实现，甚至破坏系统稳定性，造成供能系统的瘫痪。

4）在智能电网背景下多设备节点的实时数据采集是一个具有挑战性的任务。当前电力系统云计算模式在数据采集和指令控制过程中存在带宽占用过大，延迟过高等问题，在电网逐步智能化转型的今天，传统云计算模式已无法高效完成实时监控等任务。边缘计算作为一个新兴概念，如何助力电网智能化转型是未来很长一段时间的研究重点。

其中，在传统的电力系统中引入边缘计算技术，并基于多智能体群智涌现理论实现电力系统结构从云-端到云-边-端架构的跨越式突破是最重要的一个研究方向。因此，通过分布式协同控制方法与边缘计算技术相结合，实现电力网络节点之间的一致性协同优化和能量的边缘管理，减少信息冗余并提高能量的利用率是接下来亟需解决的几个重要问题。