開發(fā)利用可再生能源有助于解決當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境雙重危機，是推動能源革命和實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一。然而大規(guī)模可再生分布式電源直接并網(wǎng)使電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨新的挑戰(zhàn)：一方面，風(fēng)光等間歇性新能源的輸出功率具有波動性和隨機性，簡單并網(wǎng)將對用戶造成功率沖擊；另一方面，分布式電源的接入改變了電網(wǎng)單向潮流的格局，使傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行模式難以適應(yīng)新的控制需求。

● 微電網(wǎng)是由多種分布式電源、儲能、負(fù)載以及相關(guān)監(jiān)控保護裝置構(gòu)成的能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的區(qū)域自治型電力系統(tǒng)，現(xiàn)有研究和實踐表明，分布式電源以微電網(wǎng)形式接入配電網(wǎng)，是發(fā)揮分布式電源效能的最有效途徑。近年來世界各國都加大了對分布式發(fā)電以及微電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注和發(fā)展力度，微電網(wǎng)技術(shù)正在快速發(fā)展，成果也在大力推廣應(yīng)用過程中。

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

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與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源種類繁多、運行模式多樣、控制策略各異、可控程度不同，恰當(dāng)有效的多源協(xié)調(diào)控制是實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、高效運行的關(guān)鍵，也是解決優(yōu)化配置、繼電保護等其它問題的前提。分布式協(xié)同控制兼顧傳統(tǒng)集中式和分散式控制的優(yōu)勢，基于局部信息交互促成類全局信息共享，以稀疏通訊方式實現(xiàn)本地控制決策的全局優(yōu)化，適應(yīng)于微電網(wǎng)運行對實時性、靈活性和可靠性的更高要求以及“即插即用”的控制需求，由此受到了國內(nèi)外微電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注與深入研究。

《微電網(wǎng)分布式控制理論與方法》首先介紹了微電網(wǎng)基礎(chǔ)內(nèi)容，包括分布式電源建模、微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)和逆變器控制方法等，對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)地進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，就微電網(wǎng)分布式控制理論與方法的重點和難點展開介紹，具體包括分布式協(xié)同控制策略、通訊拓?fù)浜涂刂破鲄?shù)優(yōu)化、分布式智能控制三大部分。

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分布式控制是以一致性協(xié)同理論為基礎(chǔ)，各分布式電源通過與相鄰分布式電源進(jìn)行信息交互并調(diào)整狀態(tài)，最終所有狀態(tài)趨于一致，從而實現(xiàn)全局協(xié)同控制。根據(jù)有無預(yù)設(shè)控制目標(biāo)可分為分布式平均一致性控制和分布式牽制一致性控制，分布式平均一致性控制實現(xiàn)無中央控制器的控制決策本地類全局優(yōu)化，適應(yīng)微電網(wǎng)控制對可靠性、實時性和擴展性的更高要求；分布式牽制一致性控制，通過選擇性地對部分分布式電源施加牽制控制，其他分布式電源基于通信耦合關(guān)聯(lián)向牽制分布式電源搜尋同步，最終全局達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值。

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布式控制結(jié)構(gòu)和分布式控制器參數(shù)優(yōu)化是分布式控制策略優(yōu)化的兩個重要部分。分布式控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化（稀疏通信拓?fù)鋬?yōu)化）以提高動態(tài)收斂性和通信延時裕度、提升協(xié)同性能、降低鏈路數(shù)目為目標(biāo)，優(yōu)化拓?fù)漭^普通拓?fù)淇娠@著提高微電網(wǎng)控制的動態(tài)性能和延時魯棒性。分布式控制器參數(shù)優(yōu)化分別基于線性二次調(diào)節(jié)法和臨界特征根跟蹤法設(shè)計控制器參數(shù)，提升動態(tài)收斂的一致性，并對其在微電網(wǎng)分布式控制策略應(yīng)用中的實際指導(dǎo)意義進(jìn)行分析。

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分布式智能控制策略將智能控制方法引入常規(guī)一致性控制策略，以提高系統(tǒng)動態(tài)性能為目的在理論算法和實施方式上展開進(jìn)一步的研究和探索。分布式預(yù)測一致性控制，通過對未來時間斷面的微電網(wǎng)運行狀況進(jìn)行預(yù)測，優(yōu)化控制決策，避免控制量過控、誤控或欠控等問題。在分布式一致性控制中加入輔助預(yù)測項，提出了基于輔助預(yù)測項的分布式線性預(yù)測控制，通過可調(diào)參數(shù)預(yù)測項提高控制過程的收斂速度和不同控制周期的魯棒性；針對分布式預(yù)測一致性中未考慮逆變器的非線性動態(tài)特性，進(jìn)一步提出了基于輸入輸出反饋線性化的分布式非線性預(yù)測控制。

以上內(nèi)容構(gòu)建了多目標(biāo)、多層次、多屬性的微電網(wǎng)分布式控制理論與方法，可為微電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟高效運行提供支撐，為其他學(xué)科應(yīng)用分布式控制方法提供案例借鑒。本書力求對這一領(lǐng)域的若干重要研究成果進(jìn)行較為完整的概括和總結(jié)，從第二章、第三章的分布式電源建模、微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)和逆變器控制方法入手，著重圍繞第六章微電網(wǎng)分布式協(xié)同控制理論、第七章分布式控制策略優(yōu)化、第八章微電網(wǎng)智能分布式控制策略和第九章分布式策略仿真驗證等核心內(nèi)容展開，以層層遞進(jìn)的結(jié)構(gòu)、簡潔的語言進(jìn)行描述。讀者僅需掌握基本的電力系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)知識，便可把握微電網(wǎng)分布式控制理論與方法發(fā)展的總體脈絡(luò)。

《微電網(wǎng)分布式控制理論與方法》一書的工作得到了國家863計劃（含分布式電源的微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，2011AA05A107）、國家重點研發(fā)計劃（分布式可再生能源發(fā)電集群實時仿真和測試技術(shù)，2016YFB0900404）和國家自然科學(xué)基金（基于源荷儲分散式協(xié)同的自治電力系統(tǒng)緊急控制研究，51477029；冷熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)高效運行的建模和優(yōu)化方法，51277027）等項目的支持，獲得了其他科研院校和實際生產(chǎn)部門許多專家的大力幫助。本書得以成稿，需要感謝課題組研究生陳明、曹戈、洪灝灝、楊權(quán)、史文博、盛麗娜、曹陽、薛帥等的辛勤付出。同時，特別感謝天津大學(xué)王成山教授、清華-伯克利深圳學(xué)院許銀亮教授、東南大學(xué)竇曉波教授、吳在軍教授、全相軍老師在本書研究和寫作過程中的幫助和支持。在本書寫作過程中，一直得到科學(xué)初版社相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和編輯的鼓勵和支持，他們?yōu)楸緯樌醢孀隽舜罅考?xì)致而辛苦的工作，在此一并表示感謝。

本書工作是作者課題組在微電網(wǎng)分布式控制領(lǐng)域近10年科研成果的總結(jié)，希望對廣大同行有一定的參考作用。寫作過程持續(xù)了3年，期間幾易其稿，但由于微電網(wǎng)運行控制涉及面廣，作者水平有限，本書內(nèi)容中可能存在不妥之處，懇請各位專家和讀者批評指正。