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基于混合储能的独立直流微网母线电压控制与能量管理

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  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2024-06-11
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文针对微电网的运行优化与控制只是针对独立型直流微电网进行研究的,并未考虑独立型直流微电网并入大电网的情形;同时由于独立型微电网自身的局限性,微电网群之间的运行优化与控制也是笔者接下来所要弥补的相关研究内容。 

第一章  绪论

1.2 国内外研究现状

1.2.1 直流微网发展现状

近年来,国际上众多国家和地区对微电网技术已经展开了较为深入的研究,并建设了相关的实验示范基地。虽然目前投入市场化运营的微电网绝大部分为交流微电网,但随着近年来用户对于直流供电系统的迫切需求,国内外机构在直流微电网领域的研究、实验示范以及工程运营也均逐步开展[26]。

微电网的概念最早由美国电力可靠性解决方案协会(the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions,CERTS)于2002年提出,并对其组网方式、控制策略、能量管理等进行了长期的研究[27-28]。同样,美国在直流微电网系统的起步也将对较早,早在2007年,美国电力电子国家研究中心(Center for Power Electronics System,CPES)为解决人类未来住宅和智慧楼宇的供电依托可持续建筑(Sustainable Building Initiative, SBI)和可持续建筑与纳网(Sustainable Building and Nanogrids,SBN)两项工程进行了楼宇直流微电网的研究[29];2008年美国EMerge Alliance公司旨在提高电能质量、改变楼宇传统供电方式,在全国范围内大力推广直流微电网[30];2011年, “The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)”结构体系由美国北卡罗来纳大学提出,旨在利用直流供电技术构建灵活可靠的可再生能源系统[31];2015年开始,IEEE协会也开始关注直流微电网的建设,并先后在亚特兰大和纽伦堡举办了两届直流微电网国际会议,介绍了关于直流微电网的相关技术,并为未来直流微电网的机遇与发展指明了方向[14]。

欧洲各国同样十分重视直流微电网的发展,并对微电网十分倾向于“即插即用”方面的研究。2004年意大利米兰理工大学学者提出了一种基于分布式电源的直流配电系统[32];2005年、2010年欧洲部分国家先后提出“Smart Power Networks”概念、“Super Grid”计划,旨在以多种新能源互补互济,形成联通多国的多端直流电网[33-34];2012年欧盟多个国家联合开展“DC Components and grid”项目研究,旨在设计开发380V直流供配电系统的高能效建筑[35]。

第三章  基于自抗扰的含混合储能的直流母线电压控制

3.2自抗扰控制技术概述

作为控制理论的核心问题,如何抑制客观世界的不确定性一直是众多学者所专注的问题。以18世纪瓦特设计的最早应用于工业过程的控制器——飞球式调速器为起点,逐渐形成了迄今为止工业应用最为广泛的PID控制器。PID虽然应用广泛,但有明显的不足:PID控制是基于误差反馈消除误差的方式,响应慢,需等到扰动对系统产生影响之后,才去反馈补偿;同时受控制力比例系数KP影响较大,系数过大,就有超调,系数过小,就响应慢。为改良PID的控制品质,有学者提出了前馈控制和串级控制,然而前馈控制一般只能抑制已知类型的特定扰动,对于未知规律的扰动和其他类型扰动则抗扰能力有限;而串级控制虽然在处理非线性特性系统、抑制较强扰动方面取得了优异的控制效果,然而PID控制的滞后特性并没有在本质上发生变化。

借鉴于我国古代“车虽回运而手常指南”的司南车设计原理,基于扰动控制直接根据造成偏差的扰动去抵消扰动,即如何应用“主动抗扰”思想来提高系统的抗扰性才应是目前控制系统的本质研究。

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第四章  基于IGDT的含广义储能的独立直流微网日前优化调度

4.1引言

作为一个超大型非线性时变系统,传统电力系统内部的能量平衡通常采用 “源随荷动”生产组织模式,用精准可控的发电系统实现用电和发电的匹配平衡。新型电力系统下,随着风、光等可再生能源渗透率的增加以及多元化可调节负荷的接入,研究如何利用主动参与、灵活定制、满足多种需求的能源交互模式替代传统笨拙、被动的单一消费模型,最终实现“源随荷动”向“源-荷-储互动”转变具有重要的现实意义。

同时,在以独立型直流微电网为研究对象下确定其最优调度问题时,风、光等可再生能源的不确定性以及负荷需求的主观性等不确定性因素应当加以考虑。实际系统运行过程中,不确定性因素的存在会对系统调度策略以及运行收益产生较大影响。工程上,在研究不确定问题多以鲁棒优化和随机优化为主,根据不确定集合或者概率分布进行不确定因素的信息表述,从而得出系统调度策略。但是,在系统实际运行过程中,调度策略往往受到预算成本的制约。与上述两种方法相比,信息间隙决策理论能够在获取不确定信息较少的情况下,基于一定的调度预期目标,求取优化过程中不确定参量最大波动范围的不确定集合,量化不确定量,灵活定制决策方案[70]。

4.2信息间隙决策理论概述

信息间隙决策理论作为一种不依赖于不确定参数概率统计的处理不确定性的数学优化方法,其理论作用是在满足一定的预期目标前提下,根据决策者对于风险的偏好程度来研究不确定性参数对于系统可能造成的影响。相对于鲁棒优化而言,虽然二者同属于区间优化问题,鲁棒优化输入的是置信区间,而IGDT输入的是预期成本或者利润,优化过程同时兼顾了系统的鲁棒性和经济性;相对于随机优化而言,随机优化在处理远超预测值的极端场景下,其决策效果可能会超出决策者的承受范围,且依赖于不确定参量的概率分布和历史数据,而IGDT可以在不依赖上述条件的约束下,根据不同偏好的决策者制定相应的策略。IGDT所使用的方法是:针对系统中的不确定性信息,利用间隙来定义未知量与已知量之间的差异,并在不确定模型中使用中心的概念对不确定性信息进行聚类,在保证最终结果满足约束的前提下,根据决策者不同偏好确定参量的波动范围,从而得到风险规避策略下的鲁棒模型和风险投机策略下的机会模型。IGDT为我们传达了一种“不确定性可能是有害的,也可能是有利的”思想[68]。

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第五章  总结与展望

5.2展望

独立型直流微电网作为构建“新型电力系统”的一个研究重点,虽然本文在微电网的运行优化与控制方面做了一些探索工作,但是依然存在一些问题需要在今后的工作中进一步改进和完善:

(1)本文针对微电网的运行优化与控制只是针对独立型直流微电网进行研究的,并未考虑独立型直流微电网并入大电网的情形;同时由于独立型微电网自身的局限性,微电网群之间的运行优化与控制也是笔者接下来所要弥补的相关研究内容。

(2)第三章对自抗扰电压外环控制器改进中,通过结合模糊自适应虽然取得了一定的控制效果,但是由于其函数复杂以及调参困难,仍需要耗费很大的精力来对参数进行整定。今后可尝试使用线性自抗扰控制器应用于微电网控制研究,针对不同的控制对象通过对比二者的控制效果,选用最佳的控制器来更好地解决工程应用问题。

(3)第四章所考虑的优化调度为日前调度模型,在今后的研究工作中,可通过构建日前调度、日内调度和实时调度多尺度优化调度模型更好地研究微电网调度优化问题。

(4)由于实验条件有限,本文仅在Matlab/Simulink仿真环境下进行了微电网仿真实验,实验结果缺乏工程实际意义,下一步应结合具体的物理仿真实验进行验证。

参考文献(略)


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