分布式控制微網(wǎng)信息系統(tǒng)容錯方法研究.pdf

1、微網(wǎng)（microgrid）是開發(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。“智能化”是微網(wǎng)的發(fā)展方向，智能微網(wǎng)融合先進的信息通信技術(shù)(information communication technology， ICT)，實現(xiàn)了能量流與信息流的深度融合，因此有學(xué)者稱之為微網(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)定運行。因此，針對微網(wǎng)開展信息系統(tǒng)容錯研究很有必要。
　　本文以分布式控制微網(wǎng)為研究對象，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)不可靠兩類典型信息系統(tǒng)不可靠因素帶來的不利影響，前者考慮通信噪聲和延時，后者考慮通信鏈路不可靠。針對性地提出以上兩種不可靠因素的容錯措施：1)采用魯棒一致性算法，改善系統(tǒng)對通

3、信噪聲和延時的容錯性能；2)設(shè)計較可靠的信息通信網(wǎng)絡(luò)，較好地保障系統(tǒng)對通信鏈路故障的容錯性能。具體工作如下：
　　①在已有研究基礎(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按照容量比例來分配負荷。集中式模型基于中央單元計算可控 DG功率指令；分布式模型不依靠中央單元，而是通過局部通信與本地計算，基于平均一致性算法計算指令均值，以該指令均值與容量來確定可控 DG功率

4、指令。理論和仿真驗證了所提集中式模型和分布式模型皆可實現(xiàn)可控 DG功率均衡，以此模型作為后續(xù)信息系統(tǒng)容錯分析和容錯措施的平臺。
　?、趯Ρ刃苑治黾惺焦β示饪刂颇Ｐ秃头植际焦β示饪刂颇Ｐ蛯最惖湫托畔⑾到y(tǒng)不可靠因素的容錯性能。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、通信鏈路故障，并觀察控制效果，得到以下結(jié)論：1)本文分布式模型對通信噪聲和延時較敏感，且敏感程度或容錯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，容錯性能較差；權(quán)重因子較小時，容錯性能較好，但控制效果不佳；2)在鏈路總數(shù)量相同的條件下，分布式模型對鏈路故障的容錯性能較優(yōu)，尤其是當(dāng)其采用環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)時。基于1)和2)的容錯分析，分別為后續(xù)制定通信噪聲和延時容錯方法、通信鏈路故障容錯方法提供啟發(fā)。
　　③為改善所提分布式功率均衡控制模型對通信噪聲和延時的容錯性能，在通信噪聲和延時容錯分析基礎(chǔ)上，提出基于魯棒一致性算法的通信噪聲和延時容錯方法。首先，介紹了含遞減權(quán)重因子的

6、魯棒一致性算法，驗證了算法收斂性對噪聲和延時的魯棒性。然后，以魯棒一致性算法替代傳統(tǒng)一致性算法來迭代計算指令均值，保證各指令均值在噪聲和延時下依然收斂，以該指令均值和容量確定功率輸出指令。其次，設(shè)計新的功率指令下達規(guī)則，當(dāng)?shù)^程較為穩(wěn)定時才下達功率指令，以避免迭代初期指令均值大幅波動帶來的不利影響。最后，仿真驗證了采用所提方法后，噪聲和延時環(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、對通信噪聲和延時的容錯性能。
　?、転檩^好保障所提分布式功率均衡控制模型對通信鏈路故障的容錯性能，在通信鏈路故障容錯分析基礎(chǔ)上，提出基于通信網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計的鏈路故障容錯方法。首先，基于旅行商問題（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，對得到的環(huán)形通信網(wǎng)路進行擴邊優(yōu)化，以進一步改善鏈路故障容錯性能且加快一致性算法收斂速度