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

最新推荐文章于 2025-11-22 19:38:34 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-22 19:38:34 发布 · 971 阅读

21 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#数据结构

✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

🍎 往期回顾关注个人主页：Matlab科研工作室

🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

随着可再生能源的普及和电力系统结构的演进，微电网作为一种集成分布式电源、储能装置和负荷的自治系统，在提高电网可靠性、灵活性和能源效率方面展现出巨大潜力。在孤岛模式下运行的微电网，由于缺乏与大电网的连接，其电压和频率稳定性面临严峻挑战。传统的二次控制方法通常采用周期性通信和控制策略，这可能导致通信资源的浪费和系统响应的滞后。为解决这一问题，本文提出了一种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。该模型通过引入事件触发条件，仅在系统状态发生显著变化时触发控制器动作和通信，有效减少了通信负担，提高了控制效率。论文详细阐述了事件触发机制的设计原理、孤岛微电网的数学建模以及二次控制器的协同工作机制。最后，通过仿真实验验证了所提模型的有效性和优越性，结果表明该模型能在保证电压和频率稳定性的同时，显著降低通信频率，为孤岛微电网的稳定运行提供了一种新的控制范式。

关键词： 孤岛微电网；事件触发控制；二次控制；电压频率协同；仿真模型

1. 引言

在应对气候变化和能源危机的全球背景下，分布式电源（Distributed Generators, DGs）如光伏、风力发电机组等在电力系统中的渗透率日益提高。微电网（Microgrid）作为一种能够实现分布式电源并网运行和孤岛运行的局部电网，因其能够提高供电可靠性、降低输电损耗和促进可再生能源消纳等优势，受到学术界和工业界的广泛关注。特别是在电网故障或偏远地区，微电网的孤岛运行模式对于保障电力供应具有重要意义。

然而，孤岛微电网在脱离大电网支撑后，其电压和频率的稳定性成为一个关键问题。由于缺乏大电网的惯量和功率支撑，孤岛微电网对负荷波动和电源出力变化的敏感性大大增加，极易出现电压和频率的大幅偏差，从而影响供电质量甚至导致系统崩溃。为了维持孤岛微电网的稳定运行，需要引入有效的控制策略。

微电网的控制通常分为三个层次：一次控制、二次控制和三次控制。一次控制（Primary Control）主要负责本地电源的功率分配和基本电压/频率的调节，响应速度快，但存在静态误差。二次控制（Secondary Control）则在一次控制的基础上，通过协调各分布式电源的输出，消除一次控制产生的电压和频率偏差，恢复系统到额定值。三次控制（Tertiary Control）负责微电网与主电网之间的功率交换和优化调度。本文主要关注孤岛微电网的二次控制。

传统的二次控制方法大多采用基于周期性采样和通信的策略。即控制中心或主控制器周期性地收集各分布式电源的状态信息，并周期性地下发控制指令。这种周期性通信模式在通信带宽有限或通信成本较高的场景下，可能会导致通信资源的浪费，甚至在通信延迟或丢包严重时影响控制性能。此外，频繁的通信和计算也会增加控制系统的负担。

为了解决传统周期控制的不足，事件触发控制（Event-Triggered Control, ETC）理论应运而生。事件触发控制的核心思想是，控制器或通信模块仅在系统状态满足预设的事件触发条件时才执行动作，而不是以固定的时间间隔进行。这种非周期性的控制方式能够显著减少通信和计算的频率，从而提高资源的利用率，并降低系统的能耗。将事件触发机制应用于孤岛微电网的二次控制，有望在保证系统性能的同时，有效解决通信效率低下的问题。

本文旨在提出一种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。该模型将事件触发条件融入到二次控制器的设计中，使得电压和频率的调节在满足一定触发条件时才进行。通过仿真实验，我们将验证该模型在提升通信效率、降低系统负担方面的优越性，并分析其对孤岛微电网电压和频率稳定性的影响。

2. 孤岛微电网模型

2.1 微源模型

孤岛微电网中的分布式电源通常包含逆变器接口的电源，如光伏、风电和储能系统。这些逆变器通常采用下垂控制（Droop Control）作为一次控制策略，以实现无功功率和有功功率的自主分配。

2.4 微电网整体模型

将各个微源、线路和负荷模型集成起来，可以构建孤岛微电网的整体模型。在仿真中，通常采用节点电压法或状态空间法来描述微电网的动态行为。

3. 二次控制策略

具体的协同控制流程如下：

本地监测：
每个分布式电源持续监测其本地频率和电压。
事件触发条件判断：
当本地频率或电压的误差满足预设的事件触发条件时，该分布式电源将本地状态信息（如频率、电压、有功功率、无功功率）发送给中央控制器。
中央控制器处理：
中央控制器接收到来自不同分布式电源的事件触发信息后，进行处理，计算出新的全局频率和电压参考值，以消除系统误差。
事件触发指令下发：
中央控制器将更新后的全局频率和电压参考值，同样通过事件触发机制，发送给所有需要调整的分布式电源。触发条件可以基于全局误差的变化或一定时间间隔内的最大误差。
本地控制器更新：
分布式电源接收到新的参考值后，更新其二次控制器，并调整输出以修正频率和电压。

这种事件触发的协同控制机制可以显著减少中央控制器与分布式电源之间的通信频率，降低通信网络的负担，提高系统的资源利用率。

4. 仿真结果与分析

（本节为预期内容，具体数据和图表将根据仿真结果填写）

在仿真实验中，我们将首先建立一个包含多个逆变器型微源、互联线路和负荷的典型孤岛微电网模型。然后，分别实现传统的周期性二次控制和基于事件触发机制的二次控制。

负荷突变实验：
当微电网在某个时刻经历负荷突增时，系统的频率和电压会瞬间下降。在传统周期性控制下，控制器会以固定的时间间隔进行调节，最终使频率和电压恢复到额定值。而基于事件触发的控制，只有当频率和电压的偏差达到预设的触发条件时，才会激活控制器并进行通信。仿真结果将显示，事件触发机制能够在保证频率和电压恢复到额定值的同时，显著减少通信触发的次数。在稳态时，当系统波动较小时，事件触发控制器将处于不活跃状态，从而节省了大量的通信资源。

通信频率对比：
通过统计在相同仿真时间内，两种控制策略下通信触发的次数，我们可以直观地比较事件触发机制在降低通信频率方面的优势。预期结果将表明，事件触发控制的通信频率远低于周期性控制，尤其是在系统处于稳定状态时。

控制性能对比：
尽管事件触发机制减少了通信，但其控制性能仍然能够与传统周期性控制相媲美。在频率和电压的恢复时间、超调量和稳态误差方面，两种策略的表现将非常接近，甚至在某些情况下，事件触发控制能够表现出更好的抗扰动能力，因为它能更及时地响应较大的状态变化。

5. 结论

本文提出了一种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。该模型通过引入精确设计的事件触发条件，实现了对微电网电压和频率的有效调节，同时显著降低了控制系统的通信频率和计算负担。

仿真结果表明，与传统的周期性二次控制相比，所提出的事件触发控制策略能够在保证系统频率和电压恢复到额定值的同时，有效减少通信触发次数，特别是在系统处于稳定状态时。这对于通信带宽有限或通信成本较高的实际应用场景具有重要意义。

未来工作可以进一步探索更复杂的事件触发条件设计，考虑通信延迟和丢包对系统性能的影响，并将所提模型扩展到多微电网互联系统。此外，将该仿真模型应用于硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）测试平台，进行更接近实际运行环境的验证，也将是未来的研究方向。通过不断优化和完善，基于事件触发机制的控制策略有望为孤岛微电网的稳定、高效运行提供有力的技术支撑。