[发明专利]一种考虑通信中断的孤岛微电网的信息物理协同应对方法

说明书

本发明公开了一种考虑通信中断的孤岛微电网的信息物理协同应对方法，在网络层，提出一种结合图论和改进遗传算法(GA)的路径规划方法来解决通信者之间的通信中断问题。在物理层，针对传感器间通信中断的问题，提出一种结合极限学习机器(ELM)和模型预测控制(MPC)的预测补偿方法。最后用MATLAB验证了本文提出的协同响应策略的有效性。本发明方法可有效解决孤岛微电网二次控制过程中出现的通信中断问题。

技术领域

本发明涉及智能电网控制领域，尤其是一种考虑通信中断的孤岛微电网的信息物理协同应对策略的设计方法。

背景技术

信息物理融合系统(CPS)是通信系统和物理系统的结合体。它是一个复杂的系统，包括计算、通信网络和物理实体。其实时监控功能、动态控制功能和自助信息服务的功能是通过3C(控制、计算、通信)技术的有机整合和深度合作而实现的。CPS是实现计算、通信和控制技术集成的下一代工程系统的重点研究对象。随着嵌入式技术和通信技术的快速发展，CPS的概念在电力工程中的应用越来越广泛，从而组成电力信息物理融合系统(即电力CPS)。因为在电力CPS中，控制和管理的各个部分都高度依赖于通信网络，所以当通信网络的数据受到干扰时(可能会由于数据攻击受到干扰)会影响整体系统的性能(比如控制效果和状态稳定性)。IEEE会议于2012年发表了关于这一主题的专辑，讨论了电力CPS的实现模型和安全保护系统。

随着“智能电网”这一研究概念的提出，CPS的概念也开始应用在电网中。微电网(Micro-Grid)也译为微网，是指由分布式电源(DER)、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。且又因为微电网是智能电网的重要组成部分，所以CPS在微电网中的应用与研究也越来越广泛。这也使得基于通信网络的分层控制策略在微网中得到了更广泛的应用。但是将通信网络添加到控制结构中还导致许多通信问题，例如通信中断。通信中断主要发生在传感器和通信器中。而目前，大多数的研究都集中在物理层设计合适的策略来解决中断问题，而忽略了信息层的作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于分层控制架构并考虑分层控制过程中可能存在传感器和通信器中断情况的考虑通信中断的孤岛微电网的信息物理协同应对方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1，在信息层中包括通信网络、通信器、传感器和一致性控制环节；

在物理层中包括下垂控制器、功率控制器、一致性控制、二次控制器、虚拟控制器、电压电流双闭环；P-ω/Q-U下垂控制作为孤岛微电网中各DER输出电压和频率的一次控制；

步骤2，在信息层中，提出一种基于图论和改进遗传算法(GA)的路径规划方法，解决了通信者之间的通信中断问题；

步骤3，在物理层中，提出一种结合极限学习器(ELM)和模型预测控制(MPC)的预测补偿方法，解决传感器的通信中断问题；

步骤4，通过搭建合理的实验场景验证该方案的有效性。

进一步的，其特征在于：步骤2中，

2-1，判断中断原因：

基于图论，每个DER对应的通信器均可以视为一个智能体。a_ij代表第i个通信器和第j个通信器之间的连接关系。如果第j个通信器可以连接到第i个通信器，则a_ij为正；否则，a_ij＝0；有向图的邻接矩阵定义为A_a＝a_ij∈R_n×n；

根据中断的原因，消除A_a中相应的元素，然后进行路径规划，构建网络层中的新通信线路。如设第2个通信器不能发送数据，则对应的邻接矩阵变化如下：