三级分层微电网控制

研究问题

微电网如何在统一的分层架构中协调一次、二次和三次控制层级，并能否在物理硬件上验证而不仅限于仿真？

方法

本项目开发了面向孤岛微电网的三级分层控制架构：

• 一次控制 —— 逆变器本地的基于下垂的电压和频率调节，在毫秒级时间尺度上作用于扰动后的系统稳定。
• 二次控制 —— 集中式电压和频率恢复至标称值，补偿一次下垂控制引入的偏差。
• 三次控制 —— 经济调度和功率流优化，在更长时间尺度上管理电源和储能之间的能量分配。

该架构在**硬件在环（HIL）**实验平台上实现，将真实控制器连接到实时仿真的微电网。这弥合了纯仿真与全物理部署之间的差距，能够验证纯仿真无法捕捉的控制时序、通信延迟和设备约束。

个人贡献

Frederik Banis是合著者。他贡献于实验室实现和实验验证，参与控制层集成和HIL测试设置。第一作者（Mateo Beus）主导了模型开发和整体架构设计。

验证与关键结果

• 三级控制架构在HIL平台上成功实现并测试，演示了跨控制层的协调运行。
• 实验室验证确认分层方案在负荷变化和电源切换下保持频率和电压稳定，超越了纯仿真验证所能保证的范围。
• HIL设置揭示了实际的时序和通信约束，为控制设计提供了信息。

该方法发表于同行评审期刊 Electric Power Systems Research（2020年）。

成果

• 期刊论文： DOI 10.1016/j.epsr.2020.106758
• 博士论文： Efficient Operation of Energy Grids，DTU，2020。DOI 10.11581/DTU.00000334

合作者

• 丹麦技术大学 DTU Compute —— Niels Kjølstad Poulsen（导师）
• 萨格勒布大学 —— Mateo Beus（第一作者）、Hrvoje Pandžić（导师）

状态与后续

状态： 已发表（2020年）。本项目区分了仿真与物理实现——HIL验证是超越纯建模的关键贡献。

向当前研究的迁移： 闭环实验架构——感知、推断、决策、行动，并辅以物理验证——正是现在驱动人监督自主生物测定平台的同一支柱。从能源硬件转向生物医学硬件，但闭环验证方法论是共享的。

详见方法页面的闭环实验支柱和研究页面的总体研究纲领。