陳維榮　陸文婷　戴朝華

21世紀初期，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，一些專家學者提出了微電網(wǎng)的概念.微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以與配電網(wǎng)斷開獨立運行[1].直流微電網(wǎng)中，分布式電源、儲能、負荷、大電網(wǎng)通過直流母線相連接，具有節(jié)省變流器設(shè)備投入與損耗、控制簡單、建設(shè)成本低等特點[2].

微電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行，離不開完善穩(wěn)定的控制系統(tǒng).電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化問題需要用非線性高維微分方程組來描述，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）

這是一個具有特高維約束條件的變分問題，現(xiàn)有的數(shù)學方法、計算機科學難以求得滿意解.文獻[3]提出通過建立混成控制系統(tǒng)（hybrid control system， HCS）的方法解決上述高難度問題，將混成控制理論應(yīng)用于大電網(wǎng)，介紹了實現(xiàn)多重目標趨優(yōu)的混成控制系統(tǒng)，揭示了其“事件驅(qū)動”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[4]論述了一個光伏電池/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，但未對經(jīng)濟性進行考慮.

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)是一個趨優(yōu)控制系統(tǒng)，在工程上可以解決實際的多目標趨優(yōu)控制問題，本文提出將混成控制理論應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的西南交通大學學報第48卷第5期陳維榮等：基于事件驅(qū)動的微電網(wǎng)多目標趨優(yōu)控制多目標優(yōu)化控制，采用基于事件驅(qū)動的分析建模方法[6]，建立一個Stateflow模型，該模型可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)控制目標做出判斷，輸出控制量到Simulink中，調(diào)度微網(wǎng)中各微電源，實現(xiàn)微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的多目標趨優(yōu)控制.針對一個具體直流微電網(wǎng)，論述了各微電源的調(diào)度運行策略，給出了相關(guān)事件的定義，設(shè)計了其事件驅(qū)動控制系統(tǒng)，并在MATLAB/Simulink/Stateflow環(huán)境下進行了仿真，仿真結(jié)果初步驗證了該方法的有效性和可行性.1混成控制系統(tǒng)的概述過去的二十多年來，混成系統(tǒng)在多個學科的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，已成為當今計算機科學和控制學科的前沿研究熱點[7].大多數(shù)復雜控制系統(tǒng)都包含了由連續(xù)變量所描述的物理層的動態(tài)演化過程和以符號操作與離散監(jiān)控決策為特征的高層協(xié)調(diào)優(yōu)化過程，因此混成系統(tǒng)在工業(yè)控制和國防等領(lǐng)域大量存在[8].混成系統(tǒng)至今尚無統(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）取決于離散時間系統(tǒng)和連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)相互作用的動態(tài)系統(tǒng)[9].

混成控制理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)時，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，同一時刻可以有多事件并行發(fā)生，通過消除事件使系統(tǒng)處于無事件運行狀態(tài)，此時電力系統(tǒng)的各項性能指標（如電能質(zhì)量、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性）達到最優(yōu)，復雜的多目標優(yōu)化問題就轉(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，將成為新時期智能電網(wǎng)建設(shè)過程中的重要手段[10].

一般來說，大致可以將事件分為三類[3]：安全性事件，指系統(tǒng)運行狀況超出了預先設(shè)定的安全性指標；經(jīng)濟性事件，指系統(tǒng)的運行能耗指標越限；電能質(zhì)量事件，指電能質(zhì)量指標不達標.

HCS的模型通常由3個層次構(gòu)成：最高決策與指揮層、中間處理與操作層、底層（動態(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)過信息處理后送給事件判斷機構(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)過一系列計算處理，生成有效操作指令，送達底層.底層各個裝置、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)反饋給上層機構(gòu).2 直流微電網(wǎng)混成控制系統(tǒng)設(shè)計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)無需考慮分布式電源間的同步，不存在頻率穩(wěn)定性問題，控制相對簡單.分布式電源和負荷的波動可以通過連接在直流母線上的儲能裝置得到補償.

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的蓄電池和負荷.負荷滿載為20 kW，包括重要負荷10 kW，一般負荷10 kW.本文中直流微電網(wǎng)獨立運行，暫不考慮其與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行的情況.

根據(jù)上述微電網(wǎng)模型，并參考文獻[11]中混成自動電壓控制（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.