一种新型级联控制器的设计，用于在非管制型微电网集成电力系统中实现主动频率调节，并通过实时验证进行验证

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Design of a Novel Cascaded Controller for Proactive Frequency Regulation in a Deregulated Microgrid-Integrated Power Systems with Real-Time Validation

现代电力系统通过整合微电网中的可再生能源和电动汽车实现分散化，但增加了频率调节的复杂性。本研究针对混合两区域系统提出新型级联控制器(2DOF-FOPTID+1-(1+PI))，采用改进的沃尔鲁斯算法进行参数优化，验证了电动汽车集成显著提升动态性能，减少频率偏差和超调达61.82%-68.79%，并完成OPAL-RT实时环境验证。

　　

摘要

随着消费者和工业能源需求的增加，现代电力系统正在通过整合包含可再生能源和电动汽车（EVs）的微电网而不断发展。这种去中心化趋势增加了频率调节的复杂性。本文对一个混合式双区域电力系统进行了全面研究，重点探讨了在非管制环境下的自动发电控制。区域1由热能、水能和天然气发电单元组成，而区域2则是一个整合了柴油、风能、太阳能以及聚合电动汽车模型的微电网。为了确保频率调节的稳定性，本文提出了一种新颖的级联控制器结构\((2\text {DOF-FOPTID}+1)-(1+PI)\)。与单级控制和其他级联技术相比，该级联结构提供了额外的调节自由度，并对混合微电网中由可再生能源驱动的低惯性变化具有更好的鲁棒性。该控制器与传统的和先进的控制器（包括2DOF-FOPTID+1、FOPTID、（1+PI）和PID）进行了比较。参数调整采用了改进的Walrus算法（MWA），该算法在原始的Walrus优化算法中加入了基于对抗的学习机制，从而增强了探索能力、收敛速度并避免了局部最优解。通过对比分析（包括有无电动汽车整合的情况）发现，电动汽车的引入显著提升了系统的动态性能。具体而言，电动汽车的整合使得峰值频率偏差显著减小，系统稳定时间加快，从而改善了频率调节效果和整体系统稳定性。与次优控制器（2DOF-FOPTID+1）相比，所提出的控制器在区域1中将超调、欠调和稳定时间分别减少了61.82%、68.79%和35.12%；在区域2中则分别减少了32.39%、33.70%和24.95%。在负载变化、太阳辐射强度和风速变化等随机干扰条件下，对所提出控制器的有效性进行了严格评估。最后，使用RT-Lab环境中的OPAL-RT进行了实时验证，以确认该控制器的实际可行性。