在碳中和、碳達峰背景下，構建以新能源為主體的新型電力系統成為我國電力系統改革的重要舉措。本書深入研究了新型電力系統的典型代表——新能源微電網的相關控制策略，重點討論了微電網的分布式控制與優化方法。針對微電網控制問題，本書提出的諸多控制方法可以保證微電網在多種復雜環境下的穩定運行；針對微電網經濟調度問題，本書研究的快速優化方法為解決其實時性要求高的技術難點提供了新的思路；在介紹微電網相關控制與優化算法中，不僅有傳統算法設計，同時也結合當前研究熱點，提出了基于深度學習的優化方法。
本書可為從事電氣工程相關工作的技術人員提供參考，也可供從事微電網研究工作的師生閱讀。

（1）針對海量新能源接入引起的微電網系統頻率慣量低、穩定性差等新問題，提出了基于有限時間控制思想的電壓頻率分布式解耦穩定控制策略。首次分析了含有下垂控制逆變器型的分布式電源特性，理論上揭示了系統頻率和電壓相互耦合的動態特性，并設計了基于有限時間控制思想的解耦控制策略。在此基礎上，提出了一系列分布式控制方法，解決了交流微電網頻率和電壓恢復控制、不平衡電壓補償，直流微電網電壓恢復和精確電流分配等實際工程問題。 （2）針對高比例不確定性新能源接入引起的微電網系統調度規模大、實時性要求高的問題，提出了分布式并行學習與慣量加速的分散式梯度優化算法相結合的配電系統分布式實時經濟調度的新思路。實現了新能源高效利用，解決了高比例新能源波動性大引起的微電網系統供需平衡難度大及新能源消納困難的問題。

能源作為人類賴以生存的基礎，極大程度上促進了人類社會的發展。而電能作為高效的能源利用方式在人類生產生活中具有不可或缺的地位。傳統電能主要依靠石油、煤炭等化石燃料生產，發電的同時往往伴隨著大量的污染排放，加之，不可再生能源終將走向枯竭。因此，大力發展新能源、促進可再生能源利用已成為解決能源需求增長與環境保護之間矛盾的重要措施。此外，“十四五”時期也是我國加快能源綠色低碳轉型、落實應對氣候變化國家自主貢獻目標的攻堅期。大力發展可再生能源是縱深推進能源革命、保障國家能源安全的重大舉措。然而，以太陽能、風能和生物質能等為代表的可再生能源通常以分散形式存在，使得以新能源為主體的新型電力系統的發電、配電與儲電等問題難以協調。為解決可再生能源利用率問題，微電網這種以高效、清潔的分布式能源為基礎，結合儲能單元、負荷以及相關控制裝置的新型供電方式應運而生。
通常，微電網具有兩種運行模式，分別為并網模式與孤島模式。并網模式下，微電網系統動態特性一般由主電網決定，微電網只需在電流源模式下工作。相較而言，孤島式微電網控制所帶來的挑戰更大。為更好地實現孤島式微電網能量管理，一般采用類似于傳統電網的分層控制結構。該控制結構主要分為三層：底層控制基于本地分散控制實現微電網電壓/ 頻率穩定及功率初步分配，二層控制（中間層控制） 旨在解決由底層控制所導致的電壓/ 頻率偏差、電能質量提升等問題，三層控制（上層控制） 主要考慮經濟調度及優化問題。傳統微電網二層與三層控制通常在集中控制器【 如微電網集中控制器（Microgrid Central Controller，MGCC）】 上實現，而集中式控制往往存在單點故障、通信/ 計算成本高等缺點。學術界也在積極探索新的控制方式和框架。近年來，分布式控制方式得到了廣泛關注。與集中式控制相比，該類控制方式將若干子控制器按地域的“縱向分布”，通過在各個子控制器間建立信息交互機制，實現整個系統的協同控制。在該類控制框架下，各個子控制器“地位平等”，通過“協同優化”，最終實現全局系統的“合作共贏”。
基于此，本書以新型電力系統中的典型代表——微電網為研究對象，提出了一類在分布式控制框架下的微電網二層控制與三層優化算法。本書旨在研究如何增強微電網的可靠性、穩定性以及經濟性，提供了清晰的二層控制以及三層優化理念，適合初學微電網控制的本科生以及研究生閱讀，同時也適用于長期從事微電網控制研究的學者。本書主要內容：一是討論了不同通信條件下的分布式二次電壓與頻率恢復策略（第2章）；二是給出了一種分布式不平衡電壓補償策略（第3章）；除研究交流微電網二層控制問題外，本書還進一步討論了直流微電網的分布式二次控制算法以及基于事件觸發的低通信負擔控制算法（第4章）；為了進一步闡述智能算法在微電網中三層控制的運用，本書提出了“虛擬智能體（Virtualagent）”的概念（第5章）、基于加速梯度的分布式經濟調度優化算法（第6章）；針對微電網三層優化非凸經濟調度問題，本書提出了一種基于改進連續凸逼近分布式優化算法（第7章）。本書最后還討論了一類新的基于“學習優化（Learningto optimize）”的經濟調度優化算法用以解決傳統數值優化算法實時性差的問題。
微電網控制從傳統控制算法逐漸演變到具有網絡攻擊的彈性控制算法，再上升到基于智能學習算法的控制，此類演變趨勢使得微電網的控制與優化遇到諸多新的困難和挑戰。衷心希望本書的出版能夠給讀者提供更新更廣闊的視野，進一步推進我國大規模分布式微電網的研究。
在本書出版之際，作者要特別感謝國家自然科學基金長期以來對微電網控制與優化研究的資助，同時也要感謝國內外學術界和工業界的同行，與他們進行的大量正向交流，使作者對微電網控制與優化的理解不斷深入，并獲得新的啟發。感謝本書編寫組，感謝多年來并肩工作在微電網控制與優化研究領域的博士生和碩士生，他們的豐碩成果為此書注入了許多新鮮的靈感。
最后還要感謝自己的家人，他們始終不渝的支持與鼓勵是作者進行研究和完成寫作的強大動力。

著者

第1章 智能電網控制與優化方法研究現狀 001
1.1 智能電網簡介 002
1.2 智能電網控制與優化方法簡介 006
1.2.1 智能電網分布式控制方法 006
1.2.2 智能電網分布式優化方法 011
1.3 本書的主要內容 014
參考文獻 017

第2章 交流微電網分布式二次電壓和頻率恢復控制 027
2.1 概述 028
2.2 交流微電網分布式二次電壓/頻率有限時間控制 028
2.2.1 交流微電網模型 028
2.2.2 分布式二次電壓恢復控制 032
2.2.3 分布式二次頻率恢復控制 035
2.2.4 實驗驗證 039
2.3 含有網絡虛假數據注入攻擊的分布式彈性控制器設計 045
2.3.1 問題描述 045
2.3.2 基于中間觀測器的分布式彈性控制器設計 048
2.3.3 控制器穩定性分析 053
2.3.4 實驗驗證 056
參考文獻 059

第3章 交流微電網分布式二次不平衡電壓補償控制 063
3.1 概述 064
3.2 二次不平衡電壓補償控制 064
3.2.1 問題描述 064
3.2.2 不平衡電壓補償控制策略 065
3.2.3 分布式二次不平衡電壓補償控制 067
3.2.4 實驗驗證 071
3.3 基于負序電流反饋的分布式二次不平衡電壓補償控制 081
3.3.1 基于負序電流反饋的不平衡電壓補償控制 081
3.3.2 實驗驗證 082
參考文獻 084

第4章 直流微電網分布式二次電壓恢復和電流分配控制 087
4.1 概述 088
4.2 直流微電網分布式二次控制 089
4.2.1 直流微電網模型 089
4.2.2 分布式二次電壓恢復和電流分配控制 090
4.2.3 分布式最優功率分配控制 098
4.2.4 實驗驗證 099
4.3 基于事件觸發通信機制的分布式控制器設計 112
4.3.1 事件觸發控制器設計 112
4.3.2 實驗驗證 118
參考文獻 124

第5章 基于梯度下降的分布式經濟調度優化方法 129
5.1 分布式優化技術概述 130
5.2 基于多聚類劃分的分布式優化算法 130
5.2.1 問題描述 130
5.2.2 優化算法設計 131
5.2.3 算法收斂性分析 137
5.2.4 仿真實例 144
5.3 基于分層結構的分布式優化算法 149
5.3.1 優化算法設計 149
5.3.2 算法收斂性分析 154
5.3.3 仿真實例 157
參考文獻 168