1、復雜系統(tǒng)與網絡科學技術的發(fā)展促進了“互聯網+”時代的到來，網絡已經作為強有力的紐帶工具貫穿各行各業(yè)，如交通流網絡、航空網絡、電力網絡、能源網絡、生物網絡。網絡的內部節(jié)點之間通過物理連接耦合、通信連接耦合進行互聯;網絡與網絡之間通過信息交換、互利共享形成更大規(guī)模的多層結構，如網絡的網絡。在網絡中，可以將每個節(jié)點個體看作一個自主體，它具有自主決策與優(yōu)化協(xié)調計算的能力，通過網絡連接可以實現合作共贏、全局最優(yōu)決策等，因而網絡化的自主體便形成了多

2、自主體系統(tǒng)。本論文主要研究多自主體系統(tǒng)的分布式協(xié)調合作控制問題，包括分布式一致性控制、牽制一致性控制、分布式包含控制的理論探究;另一方面，結合智能電網中的多單元交互場景，探討分布式優(yōu)化、分布式估計、分布式控制技術在智能電網運行中的應用。主要結果包含以下幾個方面:
　　(1)針對一般的線性多自主體系統(tǒng)，通過設計分散式的龍伯格(Luenberger)觀測器與分布式的網絡化牽制觀測器，實現線性自主體狀態(tài)的局部與分布式觀測;其次基于自主體

3、系統(tǒng)的輸出、觀測系統(tǒng)的輸出設計了一個新的分布式混合輸出反饋協(xié)議，該協(xié)議可以包含經典的靜態(tài)輸出反饋協(xié)議、動態(tài)輸出反饋協(xié)議、觀測基反饋協(xié)議作為特例。通過線性系統(tǒng)的特征值分析、極點配置算法，給出了在有向通信拓撲結構下多自主體系統(tǒng)實現漸進一致性的充要條件。然后，通過線性系統(tǒng)的經典解析解表達式給出了系統(tǒng)收斂的一致性穩(wěn)態(tài)值。進一步，將該結論推廣到一類Lipschitz非線性多自主體系統(tǒng)中?？紤]了基于觀測器協(xié)議的分布式牽制一致性控制問題。對于單個非線

4、性自主體，提出了兩種不同的觀測器設計方案:局部觀測器設計和分布式牽制觀測器設計。依據觀測的狀態(tài)信息，進而提出了一個基于觀測器的分布式牽制一致性協(xié)議，并應用于分析領導-跟隨一致性問題。在牽制聯合通信拓撲包含一個有向生成樹的情況下，所建立的充分性判據不僅能保證觀測誤差系統(tǒng)是全局漸進穩(wěn)定的，而且能保證多自主體系統(tǒng)能夠實現漸進一致性。
　　(2)探討了一類具有兩層時變網絡結構的多自主體系統(tǒng)的分布式合作控制問題，其中網絡分為領導層與跟隨層。

5、通過設計集中-分布式與分布-分布式的合作控制協(xié)議，可以實現該自主體系統(tǒng)領導層的有限時間編隊控制與跟隨層的包含控制。這里，考慮了兩種類型的拓撲結構切換規(guī)則:隨機切換規(guī)則與具有靜態(tài)平穩(wěn)分布的Markov切換規(guī)則。通過狀態(tài)轉移矩陣與矩陣測度分析的技巧，給出了自主體系統(tǒng)漸進包含控制與指數幾乎必然包含控制的充分性判據。其次，考慮了一類Lipschitz非線性多自主體系統(tǒng)的分布式包含控制問題，本別從協(xié)議設計角度出發(fā)，給出了在狀態(tài)反饋控制協(xié)議、混合時

6、滯耦合協(xié)議、時滯耦合協(xié)議作用下，系統(tǒng)實現漸進包含控制的充分條件。進一步，給出了每個控制協(xié)議的增益設計算法，通過多步求解算法可以得到每類分布式協(xié)議的反饋增益與耦合強度。理論研究表明了混合時滯耦合協(xié)議對時延具有較強的魯棒性，然而時滯耦合協(xié)議對時延的魯棒性則較差，存在一個最大的時延上界。
　　(3)考慮了電源側柔性資源與需求側柔性資源的聯合有功調度問題，給出了“源-網-荷”互聯系統(tǒng)的多層調度控制算法，該調度控制模式可以處理長時間尺度的優(yōu)

7、化調度與短時間尺度的實時控制問題。具體而言，調度控制模式分為三層實現:上層實現調度中心關于發(fā)電機組與母線負荷代理的前瞻調度;中層通過分布式估計的思想實現同一個負荷代理內部不同類型負荷圈的最優(yōu)有功分配計算;下層通過分布式牽制一致性控制算法實現同一負荷圈內部不同類型終端能量管理系統(tǒng)的分布式控制。對于上層調度，由于參與的對象數目較少，因此采用集中的前瞻優(yōu)化來實現具有較高的精度、捍衛(wèi)了調度中心的集權地位;對于中、下層，由于負荷圈與終端能量管理系

8、統(tǒng)數目眾多且具有較大空間的參與靈活度，因此采用分布式計算與分布式控制是最佳的選擇。分布式算法具有良好的可延展性與魯棒性，它僅通過稀疏的通信即可實現全局的最優(yōu)調度與控制。
　　其次，針對微網運行環(huán)境，提出了一個分布式λ-迭代算法，用于求解微網的運行收益最大化問題。該分布式算法結合了多自主體系統(tǒng)的分布式牽制一致性控制策略，同時考慮了微網運行的狀態(tài)約束。在該算法中，微網控制中心承擔著微網的全局信息解析與分布式下發(fā)的責任，且該算法不依賴于

9、系統(tǒng)中分布式電源與儲能單元的初始狀態(tài)。另外一方面，考慮了時變負荷需求與分布式電源、儲能單元的即插即用場景，說明了分布式迭代優(yōu)化控制算法具有良好的魯棒性與可延展性、且能很好地應對系統(tǒng)中的單點失效狀況。
　　(4)在配電網中，柔性可控負荷具有快速響應特性，因而可以參與到電力系統(tǒng)的自動發(fā)電控制頻率調節(jié)中。本部分研究提出了一種分布式的需求側能量管理方案，可以實現多個負荷代理的有功功率輸出調節(jié)。當傳統(tǒng)的發(fā)電機組無力應對電力系統(tǒng)中出現的較大負

10、荷擾動時，該控制策略可以作為一種超前調度控制模式激勵柔性負荷參與到系統(tǒng)的頻率調節(jié)過程中。具體而言，給出了一個領導-跟隨的分布式牽制控制結構。其中，領導者根據系統(tǒng)的總有功功率缺額、柔性負荷的動態(tài)響應結果、發(fā)電機組的調節(jié)極限約束來更新自己的狀態(tài);該領導者是一個虛擬的控制結構，系統(tǒng)中的多個柔性負荷代理作為跟隨者，他們的控制響應具有一定的不確定性。控制的目標是激勵柔性負荷朝著電力系統(tǒng)的益頻方向調節(jié)。該激勵過程可以按周期進行，直到系統(tǒng)的功率缺額被

11、調節(jié)至自動發(fā)電控制機組的可調范圍內。
　　最后，結合實際的大規(guī)模異質溫控負荷集群，提出了一種分布式負荷跟隨控制算法。在需求響應計劃中，聚合的溫控負荷通常隸屬于一個較大的負荷代理內部，它可以表示建筑樓宇內部的所有空調負荷、熱水器負荷等。通過聚合建模，給出了基于溫度設定點信號作為輸入，聚合功率作為輸出的雙線性狀態(tài)空間模型。然后，在多個溫控負荷聚合體之間規(guī)劃簡單的通信拓撲結構，設計了一個分布式的溫度設定點變化率控制算法，通過牽制協(xié)調，可