基于改进有限时间一致性算法的多微电网应急供电策略研究

《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》：Emergency Power Supply Strategy for Multi-Microgrids Based on Improved Finite-Time Consensus Algorithm

为解决极端场景下孤岛多微电网(MMG)频率电压稳定、经济调度与扰动抑制的协同控制难题，本研究提出一种改进有限时间一致性算法。该策略通过代理共识协作实现分布式二次调节、日前预防调度与日内紧急控制，在保障各微电网(MG)自治性的同时提升MMG协调运行鲁棒性。仿真验证表明，所提方法较传统策略收敛速度提升40%，运行成本降低20.4%，为高比例可再生能源电力系统应急供电提供了新思路。

　　

随着极端天气事件频发，高比例可再生能源电力系统的脆弱性日益凸显。2025年西班牙大停电导致数百万人断电的案例警示我们，构建具有韧性的供电体系已成为全球性课题。孤岛多微电网(Multi-Microgrids, MMG)作为应急供电的重要解决方案，能够在大电网故障时利用本地分布式发电(Distributed Generator, DG)维持关键负荷供电。然而，MMG系统拓扑复杂、单元众多，在孤岛运行时需同时兼顾频率电压稳定与经济性指标，传统集中式控制方法难以满足快速响应需求。

现有分布式控制策略往往将整个MMG视为单一大型微电网，所有DG通过统一通信网络交互，导致系统扩展性差、收敛速度慢。更关键的是，现有研究多侧重于微电网间协调，忽视了各MG分属不同运营主体的自治需求。在实际应用中，频繁的功率交换会显著增加通信与交易成本。此外，可再生能源与负荷的随机波动给供电策略的鲁棒性带来持续挑战，而基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)或深度强化学习(Deep Reinforcement Learning, DRL)的方法往往依赖扰动先验信息或大量历史数据，难以应对未知扰动。

针对上述问题，程伊凌等研究人员在《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》发表论文，提出一种基于改进有限时间一致性算法的MMG应急供电策略。该研究通过三层创新设计破解难题：首先设计改进有限时间一致性算法提升动态响应速度；其次开发兼顾MG自治与系统协调的日前预防调度方案；最后提出基于参与因子的日内紧急控制方法，使各MG能够本地消纳功率波动。

关键技术方法包括：1）构建基于图论的MMG信息物理系统模型，包含MG层与MMG层双环通信网络；2）设计改进有限时间一致性算法，通过结合指数α₁>1和0< />₂<1的双项控制律实现快速有限时间收敛；3）建立日前预防调度机制，通过自治/协调模式切换策略与增量成本共识优化实现经济调度；4）开发基于参与因子的日内紧急控制，利用本地DG容量裕度比例分配功率波动。

频率和电压调节

通过改进有限时间一致性算法构建分布式调节器，在droop控制基础上增加补偿项ε_ki^ω和ε_ki^U。仿真显示，负荷突变后频率电压在2.1秒内恢复额定值，验证了算法对系统稳定性的保障作用。

日前预防调度

创新性地提出模式切换判据：当某MG出现功率缺额时（∑P_hi^max-∑P_Lhi^*<0），支持MG根据可用容量S_k>0决定是否参与协调。通过增量成本共识算法求解优化问题，在7-MG测试中收敛时间仅1.04秒，且当MG1退出运行时系统在2.3秒内完成功率重新分配。

日内紧急控制

采用参与因子η_ki=(P_ki^max-P_ki)/∑(P_ki^max-P_ki)动态调整DG输出。案例表明，当MG4出现5.44kW波动时，各DG按参与因子（0.30/0.23/0.11/0.36）比例分担扰动，维持了计划功率交换。

通信网络容错测试

在MG4发生通信链路中断时，系统通过剩余连通网络维持基本运行。但当遭受虚假数据注入攻击(FDI)时，频率出现±0.5Hz偏差，暴露出网络安全防护的必要性。

算法性能对比

与传统有限时间算法[18,20-23]相比，收敛时间从1.754秒缩短至1.041秒。与事件触发算法[37]相比，虽然通信触发次数较多（10000次/秒），但收敛速度提升46.3%。经济性方面，较DRL方法[33]和鲁棒MPC[31]降低总成本20.4%。

研究结论表明，该策略通过改进有限时间一致性算法显著提升系统动态性能，日前-日内协同调度机制有效平衡自治与协调矛盾，参与因子控制确保在未知扰动下保持近最优运行。对于未来研究，作者建议将事件触发机制与有限时间控制结合以降低通信开销，并加强针对FDI、DoS等网络攻击的防护设计。这项工作为构建高韧性MMG系统提供了理论支撑和技术路径，对推进能源转型背景下的电力系统安全建设具有重要参考价值。