网络化线性系统的层次化协同控制策略及在微电网的应用研究

Distributed control as a scalable control strategy being between centralized control and decentralized control is the study hotspot during the recent decade. However, distributed control has its performance deteriorate as the size of networked systems increases because of the low utilization of information. On the other hand, hierarchy being a ubiquitous structure in nature and society is as well scalable, but it has not been paid attention enough. This project studies the hierarchical cooperative control in order to provide a cooperative control strategy between centralized control and distributed control. The project focuses on the linear networked system, begins at the different time constants of different levels in continuous-time systems, and then studies discrete-time systems with different sample rates of different levels. Further the project studies modeling the hierarchy of a physical coupled system and the hierarchical control strategy with full information of clusters in lower level. Finally, the theoretical results are extended to microgrids to develop an application study. The project is in line with the trend of the application of networked system control theory to the power system, which has important theoretical value and broad application prospect.

分布式控制作为介于集中式控制和分散式控制之间的可扩展控制策略，是近年的研究热点之一，但由于基于邻居信息的分布式控制的信息利用率低，分布式控制性能会随着系统规模加大而变差。另一方面，层次化作为自然界和人类社会中遍布的结构，同样具有可扩展性，但却没有得到足够的重视。本项目以层次化协同控制策略为题进行研究，拟为网络化系统提供一种介于分布式控制和集中式控制之间的可扩展的协同控制策略。项目聚焦于线性网络化系统，从不同层次不同时间常数入手研究连续系统的层次化控制，进而研究不同层次具有不同采样率的离散系统，力图揭示层次间不同时空尺度对系统性能影响的机理。在此基础上研究物理耦合系统的层次化建模和低层子群集全信息下的层次化控制策略，并进而在微电网上进行层次化协同控制策略的应用研究。项目契合网络化系统控制理论与电力系统相结合的发展趋势，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

分布式控制作为一种可扩展的控制策略是新世纪以来的研究热点，然而，分布式控制过于扁平的结构，导致信息利用率低，其性能会随着系统规模增加变差。层次化作为自然界和人类社会中遍布的结构，同样具有可扩展性，但确没有得到足够的重视。本项目以层次化协同控制策略为题进行研究，尝试为网络化系统提供一种介于分布式控制和集中式控制之间的可扩展的协同控制策略。在项目执行的四年中，课题组围绕层次化网络系统协同和优化以及在微电网的应用上开展深入研究。在理论研究上，研究了层次化网络系统的一致协同、网络化系统的包围协同策略、层次化网络系统的协同下垂控制以及网络化系统的分布式优化。在应用研究上，研究了微电分布式控制和潮流计算。此外，还研究了水下机器人控制、储能辅助协同控制和分布式光伏控制等。项目在层次化模型、一致控制策略、新能源单元分布式协同等方面取得了突破，共发表了39篇论文，包括16篇SCI期刊论文，2篇EI期刊论文，10篇EI会议论文；申请和授权了10项发明专利。项目在储能辅助协同上的成果引起了电网领域的重视，并计划在“智能电网”领域国家研发计划项目的示范工程上进行应用；层次化模型和协同控制的成果有望在无人机和无人船等集群编队上进行应用。