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

一、研究背景与孤岛微电网控制核心挑战

孤岛微电网作为分布式能源（风能、光伏、储能）消纳与偏远地区供电的关键形式，其稳定运行依赖于电压与频率的精准协同控制。与并网微电网不同，孤岛微电网无大电网支撑，负荷波动、分布式电源（DG）出力随机性（如光伏光照突变、风电风速波动）易导致电压偏移（超出 ±5% 额定电压）与频率波动（超出 ±0.5Hz 额定频率），严重时引发设备停机、供电中断。

当前孤岛微电网控制技术面临三大核心矛盾：一是实时性与通信开销的平衡，传统二次控制采用 “周期性通信”（如 100ms 固定周期），即使系统状态平稳仍持续传输数据，导致通信带宽浪费（约 30%-50% 无效数据）；二是多目标协同与控制耦合的冲突，电压调节（依赖 DG 逆变器下垂系数）与频率调节（依赖有功功率分配）存在强耦合，独立控制易引发交互扰动；三是鲁棒性与动态响应的局限，传统 PI/PID 控制参数固定，难以适应 DG 出力与负荷的快速变化，动态调节精度不足。

事件触发机制通过 “按需通信”（仅当系统状态偏离阈值时触发控制指令传输），可大幅降低通信开销；而分层协同控制能解耦电压与频率控制目标。因此，构建基于事件触发机制的二次电压与频率协同控制模型，对提升孤岛微电网运行稳定性、降低通信成本具有重要工程价值。

（一）关键技术挑战解析

1. 事件触发条件设计：需兼顾控制精度与通信开销，避免 “触发过频”（增加通信负担）或 “触发不足”（导致控制失稳）；

1. 电压 - 频率协同解耦：需设计分层控制架构，在二次控制层实现电压调节与频率调节的动态耦合补偿；

1. 分布式控制鲁棒性：孤岛微电网中 DG 分散部署，事件触发下的分布式控制需抵抗数据丢包、传输延迟（通常≤50ms）；

1. 仿真模型保真度：需构建包含 DG、负荷、储能、通信链路的全场景仿真模型，模拟真实孤岛运行环境（如 DG 出力波动、负荷冲击）。

二、核心理论基础与控制架构设计

五、结论与模型优化方向

（一）研究结论

1. 构建的 “分层控制 - 事件触发 - 交叉补偿” 仿真模型，有效实现孤岛微电网二次电压与频率协同控制，在 DG 出力波动、负荷冲击场景下，电压偏差率≤2.4%，频率偏差率≤0.23%，满足稳定运行要求；

1. 事件触发机制使通信开销降低 52.3%，且在 50ms 延迟、10% 丢包率下仍保持稳定，鲁棒性优于预期；

1. 交叉补偿 PID 控制器解耦了电压与频率控制的耦合关系，功率分配偏差降低 30% 以上，协同控制效果显著。

（二）模型优化方向

1. 自适应事件触发阈值：当前阈值为固定值，未来可根据 DG 出力波动幅度、负荷类型动态调整阈值（如高波动场景减小阈值，平稳场景增大阈值），进一步优化通信开销与控制精度的平衡；

1. 分布式模型预测控制（MPC）：将二次控制层的 PID 替换为 MPC，结合未来 10s 的 DG 出力与负荷预测，提前生成控制指令，提升动态响应速度（目标稳定时间≤1.5s）；

1. 硬件在环（HIL）仿真验证：当前为纯软件仿真，未来需接入实际 DG 逆变器、储能变流器硬件，通过 HIL 平台验证模型在物理设备上的部署效果，解决 “仿真 - 实物” 偏差问题；

1. 多微电网协同扩展：将模型扩展至多孤岛微电网互联场景，设计跨微电网的事件触发协同控制策略，提升区域能源供应可靠性。

⛳️ 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] 于永进,吴健鹏,孙国强,等.基于固定时间一致性算法的孤岛微电网事件触发二次频率控制[J].山东科技大学学报（自然科学版）, 2024, 43(2):112-120.

[3] 余昶.基于复杂网络理论的异构微电网同步稳定优化及控制研究[D].武汉大学,2020.

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