分布式控制微網(wǎng)信息系統(tǒng)容錯(cuò)方法研究.pdf

1、微網(wǎng)（microgrid）是開(kāi)發(fā)利用分布式電源（distributed generation，DG）的有效途徑，有利于提高可再生能源利用率，改善供電可靠性?！爸悄芑笔俏⒕W(wǎng)的發(fā)展方向，智能微網(wǎng)融合先進(jìn)的信息通信技術(shù)(information communication technology， ICT)，實(shí)現(xiàn)了能量流與信息流的深度融合，因此有學(xué)者稱(chēng)之為微網(wǎng)信息-物理系統(tǒng)(cyber-physical system, CPS)。信息系統(tǒng)與物理

2、系統(tǒng)的深度融合，使得微網(wǎng)更加依賴(lài)于可靠的信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)的不可靠因素可能影響微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，針對(duì)微網(wǎng)開(kāi)展信息系統(tǒng)容錯(cuò)研究很有必要。
　　本文以分布式控制微網(wǎng)為研究對(duì)象，在基于一致性算法的微網(wǎng)分布式功率均衡控制模型上，分析了信息傳輸質(zhì)量下降和信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不可靠?jī)深?lèi)典型信息系統(tǒng)不可靠因素帶來(lái)的不利影響，前者考慮通信噪聲和延時(shí)，后者考慮通信鏈路不可靠。針對(duì)性地提出以上兩種不可靠因素的容錯(cuò)措施：1)采用魯棒一致性算法，改善系統(tǒng)對(duì)通

3、信噪聲和延時(shí)的容錯(cuò)性能；2)設(shè)計(jì)較可靠的信息通信網(wǎng)絡(luò)，較好地保障系統(tǒng)對(duì)通信鏈路故障的容錯(cuò)性能。具體工作如下：
　?、僭谝延醒芯炕A(chǔ)上，分別建立了微網(wǎng)集中式功率均衡控制模型和分布式功率均衡控制模型，保證微網(wǎng)內(nèi)各容量不同的可調(diào)度型或可控型 DG按照容量比例來(lái)分配負(fù)荷。集中式模型基于中央單元計(jì)算可控 DG功率指令；分布式模型不依靠中央單元，而是通過(guò)局部通信與本地計(jì)算，基于平均一致性算法計(jì)算指令均值，以該指令均值與容量來(lái)確定可控 DG功率

4、指令。理論和仿真驗(yàn)證了所提集中式模型和分布式模型皆可實(shí)現(xiàn)可控 DG功率均衡，以此模型作為后續(xù)信息系統(tǒng)容錯(cuò)分析和容錯(cuò)措施的平臺(tái)。
　?、趯?duì)比性分析集中式功率均衡控制模型和分布式功率均衡控制模型對(duì)幾類(lèi)典型信息系統(tǒng)不可靠因素的容錯(cuò)性能。分別在集中式模型和分布式模型的信息系統(tǒng)環(huán)節(jié)施加通信噪聲和延時(shí)、通信鏈路故障，并觀察控制效果，得到以下結(jié)論：1)本文分布式模型對(duì)通信噪聲和延時(shí)較敏感，且敏感程度或容錯(cuò)性能與一致性算法的權(quán)重因子有關(guān)。權(quán)重因子

5、較大時(shí)，容錯(cuò)性能較差；權(quán)重因子較小時(shí)，容錯(cuò)性能較好，但控制效果不佳；2)在鏈路總數(shù)量相同的條件下，分布式模型對(duì)鏈路故障的容錯(cuò)性能較優(yōu)，尤其是當(dāng)其采用環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)?；?)和2)的容錯(cuò)分析，分別為后續(xù)制定通信噪聲和延時(shí)容錯(cuò)方法、通信鏈路故障容錯(cuò)方法提供啟發(fā)。
　?、蹫楦纳扑岱植际焦β示饪刂颇Ｐ蛯?duì)通信噪聲和延時(shí)的容錯(cuò)性能，在通信噪聲和延時(shí)容錯(cuò)分析基礎(chǔ)上，提出基于魯棒一致性算法的通信噪聲和延時(shí)容錯(cuò)方法。首先，介紹了含遞減權(quán)重因子的

6、魯棒一致性算法，驗(yàn)證了算法收斂性對(duì)噪聲和延時(shí)的魯棒性。然后，以魯棒一致性算法替代傳統(tǒng)一致性算法來(lái)迭代計(jì)算指令均值，保證各指令均值在噪聲和延時(shí)下依然收斂，以該指令均值和容量確定功率輸出指令。其次，設(shè)計(jì)新的功率指令下達(dá)規(guī)則，當(dāng)?shù)^(guò)程較為穩(wěn)定時(shí)才下達(dá)功率指令，以避免迭代初期指令均值大幅波動(dòng)帶來(lái)的不利影響。最后，仿真驗(yàn)證了采用所提方法后，噪聲和延時(shí)環(huán)境下的可控 DG功率均衡效果、電壓及頻率穩(wěn)定性，依然較為理想，從而改善了分布式功率均衡控制模型

7、對(duì)通信噪聲和延時(shí)的容錯(cuò)性能。
　?、転檩^好保障所提分布式功率均衡控制模型對(duì)通信鏈路故障的容錯(cuò)性能，在通信鏈路故障容錯(cuò)分析基礎(chǔ)上，提出基于通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的鏈路故障容錯(cuò)方法。首先，基于旅行商問(wèn)題（Travelling Salesman Problem, TSP），建立可靠性約束下成本最小的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)以保證N-1原則。然后，基于NW小世界網(wǎng)絡(luò)思想，對(duì)得到的環(huán)形通信網(wǎng)路進(jìn)行擴(kuò)邊優(yōu)化，以進(jìn)一步改善鏈路故障容錯(cuò)性能且加快一致性算法收斂速度