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考虑稳定性的微电网经济运行优化策略研究

闫秉科  
【摘要】:近年来,伴随着可再生能源的大量接入,弃风、弃光现象极为普遍,以分布式电源为主体的微电网技术作为一种解决这一矛盾的重要技术手段在学术界以及工业界均引起了足够的重视,并且初步形成了一整套微电网建模、控制以及经济运行的理论。但是,由于可再生能源具有很强的随机性且分布式电源在微电网中的渗透率不断提高,导致微电网的稳定性问题日趋严重,常规的经济运行策略在特定的运行方式下往往无法保证微电网安全稳定地运行。因此,在经济运行优化策略的制定过程中,充分考虑稳定性的影响则具有十分重要的理论和现实意义。本文在查阅了国内外大量文献和资料的基础上,进行了大量建模、分析与仿真验证,重点对微电网准稳态模型建立、孤立微电网稳定性分析、并网模式下微电网的协调经济调度、考虑稳定性的微电网经济运行优化策略进行了系统深入的研究。论文的主要工作如下:(1)对微电网技术的相关理论基础进行了论述,对其发展历程、调度策略和稳定性分析三个方面的国内外研究现状进行了归纳和总结。重点阐述了微电网稳定性问题与大电网稳定性问题之间的异同,明确定义了微电网中电磁暂态稳定性、暂态稳定性和小信号稳定性的概念,在分析微电网经济性和稳定性两方面特性的基础上,提出了考虑稳定性的微电网经济运行需要解决的关键问题,并对全文的研究内容和逻辑联系进行了梳理。(2)以实现微电网暂态稳定性分析与仿真为目的,建立了三种常见的分布式电源动态模型,包括风力发电机、光伏电池和燃料电池,在此基础上,基于相关软件库中已有的柴油发电机、变压器、线路和负荷模型,综合构建了一个具有典型暂态稳定性分析的微电网完整模型。(3)从微电网孤网状态下的稳定性分析着手,提出了一种微电网系统稳定域的估算新方法,并应用于快速判断微电网在运行方式发生变化时验证是否仍能保持持续稳定运行。在第二章微电网暂态仿真模型的基础上,考虑逆变器容量约束,建立了微电网饱和小信号模型,并利用李雅普诺夫稳定理论将系统稳定域的求解转化为标准的线性矩阵不等式约束条件极值问题,最后通过分析受扰后系统的状态变量初值是否位于稳定域内,即能判断系统能否承受该扰动。(4)针对微电网与大电网之间频繁的功率交换,提出了一种并网模式下微电网的协调经济调度策略。综合考虑各个分布式电源技术性能,风力发电机与光伏电池出力波动性,电力供应与需求的平衡,电价变化对于调度策略的影响,系统备用容量等因素,优化协调微电网内各个分布式电源出力及微电网与主网之间的交换功率,管理负荷需求实现微电网运行的经济成本最小。(5)将微电网稳定性分析引入到其经济调度策略制定的过程中,基于下垂控制理论,论证了微电网小信号稳定性和经济性之间的关联关系,提出了综合考虑微电网小信号稳定性和经济性的运行策略优化方法。同时,将微电网暂态稳定性分析过程近似等效为时间乘以误差绝对值积分指标的优化,基于多目标优化理论,提出了综合考虑微电网暂态稳定性和经济性的运行策略优化方法。最后对所提方法进行了仿真实验,计算结果验证了其有效性。


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