基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

随着分布式能源（如光伏、风电、储能等）的快速发展，微电网作为整合分布式能源、提高能源利用效率的有效形式，受到了广泛关注。孤岛微电网作为微电网的重要运行模式，在主网故障或检修时能够独立运行，保障关键负荷的供电可靠性，在偏远地区、海岛等场景中具有不可替代的作用。

然而，孤岛微电网中分布式能源的出力波动、负荷的随机变化以及线路阻抗的影响，容易导致电压和频率偏离额定值，影响供电质量和系统稳定性。传统的微电网控制策略分为一次控制和二次控制：一次控制通过下垂控制实现分布式电源之间的功率分配，但存在电压和频率的静态偏差；二次控制则用于消除这些静态偏差，实现电压和频率的精确调节。

但传统的二次控制多采用周期性通信机制，无论系统状态是否变化，控制器都按固定周期进行信息交互和控制指令更新，这会导致通信资源的浪费，增加网络负担，甚至可能因通信延迟影响控制性能。事件触发机制作为一种按需通信的策略，能够根据系统运行状态的变化动态决定是否进行通信和控制更新，在保证控制性能的前提下，有效减少通信量，提高系统的经济性和可靠性。

因此，研究基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型，对于提升孤岛微电网的运行稳定性、降低通信成本、优化控制性能具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、相关理论基础

（一）孤岛微电网结构与运行特性

孤岛微电网主要由分布式电源（DG）、储能系统（ESS）、负荷、配电线路以及控制单元组成。分布式电源通常通过电压源逆变器（VSI）接入微电网，其输出功率受环境因素（如光照、风速）影响较大，具有较强的波动性；储能系统则用于平抑功率波动，维持系统功率平衡。

在孤岛运行模式下，微电网失去主网的支撑，电压和频率完全由内部的分布式电源和储能系统维持，系统的惯性较小，对功率扰动更为敏感。当负荷或分布式电源出力发生变化时，容易引发电压偏移和频率波动，需要通过有效的控制策略快速调节，以保证供电质量。

三、基于事件触发机制的二次电压与频率协同控制模型设计

（一）系统总体架构

基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型的总体架构包括：分布式电源层、本地控制层、事件触发层、协同控制层和负荷层。

• 分布式电源层：由光伏逆变器、储能逆变器等组成，通过电压源逆变器接入微电网，实现功率输出和电压 / 频率调节。

• 本地控制层：实现一次下垂控制，采集本地电压、电流和功率信息，计算输出电压和频率的参考值，并执行协同控制层下发的二次控制指令。

• 事件触发层：监测本地电压偏差、频率偏差以及与其他节点的信息交互误差，根据预设的触发条件判断是否触发通信和控制更新。

• 协同控制层：基于事件触发的信息，通过一致性算法计算二次控制补偿量，消除电压和频率的静态偏差，实现全局协同调节。

• 负荷层：包括各类交流负荷，其功率变化作为系统扰动输入。

四、结论与展望

（一）结论

本研究构建了基于事件触发机制的孤岛微电网二次电压与频率协同控制仿真模型，通过仿真实验得出以下结论：

1. 事件触发机制能够在保证电压和频率调节精度的前提下，大幅减少通信量（本实验中减少 75%），降低网络负担，提高系统的经济性。

1. 所设计的二次协同控制算法结合事件触发机制，能够有效消除一次下垂控制产生的静态偏差，实现电压和频率的精确调节，各节点的一致性良好。

1. 该模型在负荷扰动和通信受限（延迟、丢包）情况下具有较好的鲁棒性，能够维持孤岛微电网的稳定运行。

（二）展望

未来的研究可从以下方面展开：

1. 优化事件触发条件，设计自适应阈值调整策略，根据系统运行状态（如扰动大小、通信负载）动态改变阈值，进一步平衡控制性能和通信量。

1. 考虑分布式电源的非线性特性（如光伏的最大功率点跟踪、储能的荷电状态限制），将其纳入协同控制框架，提高模型的实用性。

1. 研究多事件触发机制的融合策略，结合时间触发和事件触发的优势，应对复杂的微电网运行场景。

1. 搭建硬件在环实验平台，验证仿真模型的实际应用效果，为工程实践提供参考。

1. 扩展至含更多分布式电源和复杂拓扑的孤岛微电网，验证模型的扩展性和 scalability。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 于永进,孙国强,樊英杰.基于动态事件触发机制的孤岛微电网频率控制方法研究[J].电力系统保护与控制, 2024, 52(20):60-71.

[2] 杨建军.抵御拒绝服务攻击的孤岛微电网分布式二次控制策略研究[D].东北大学,2022.

[3] 郭伟,赵洪山.基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法[J].电工技术学报, 2020, 35(5):12.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191234.

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