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自主运行的互联微电网系统分层分布式控制方法研究

吴潇雨  
【摘要】:多微网互联形成互联微电网系统是提升系统可靠性,实现更大范围内资源整合与优化配置的有效方法。当互联微电网系统自主运行时,由于缺乏主网支撑,抗扰动能力较弱,需要良好的运行控制系统保证其高效可靠运行。然而其拓扑结构灵活、控制主体丰富、控制目标多样、控制策略复杂等特点,给控制系统设计提出了严峻挑战。分层架构与分布式控制方法是针对上述问题的有效解决手段,而进一步考虑负荷侧资源,构建源-荷互动的协调控制方法则对互联微电网系统的稳定运行具有重要意义。针对上述问题,本文主要开展了如下工作:(1)提出了互联微电网系统分层分布式控制方法。首先,构建了计及系统级和子微网级运行需求的控制目标体系。在此基础上,提出了适应互联微电网系统多元素、分区域、拓扑灵活等特征的分层控制架构,实现了控制目标和功能的分解协调。然后,在控制架构基础上,提出了基于一致性理论的两级分布式控制方法,该方法一方面实现了子微网级/系统级的多种控制目标,另一方面提升了系统灵活性,能够满足子微网的即插即用。最后,通过仿真与实验分析验证了控制方法的有效性。(2)针对分层分布式控制下的互联微电网系统,提出了小信号动态建模方法,并进行了动态稳定性分析研究。首先,构建了电气/控制系统耦合的小信号动态模型。然后,基于模型特征根分析研究得出了微电网互联运行、分层分布式控制方法会引入弱阻尼振荡模式的重要结论。进一步,以参与因子分析、耦合度分析以及参数灵敏度分析为手段对系统的耦合机理、主导振荡模式、关键影响参数进行了全面、系统的小干扰动态稳定性分析。(3)以在电网末端分布广、响应快的空调负荷为例,提出了互联微电网系统中温控负荷参与频率控制的方法。首先,提出了将空调集群整合为具有下垂特性的虚拟分布式电源的思路,并构建了其控制架构。在此基础上,提出了空调负荷集群“集中协同,分散自律”的控制方法,通过全局视野的集群统一协同,以及本地层面的单体自主响应,能够实现集群的虚拟下垂特性。(4)在上述小干扰动态稳定性分析与负荷控制的研究基础上,从动态性能提升、源-荷互动控制两方面出发,对互联微电网系统分层分布式控制方法进行了优化与仿真验证。首先,基于稳定性分析结果设计了关键控制参数优化模型,提升了控制系统动态性能。然后,将空调集群形成的虚拟分布式电源纳入分层分布式控制方法中,通过下垂曲线实现与常规电源的协调,能够有效提升系统频率控制效果。综上,本文从自主运行的互联微电网系统的控制架构与方法、小信号动态建模与动态稳定性分析、源-荷互动控制面临的挑战出发,研究了其分层分布式控制方法,相关研究成果可为其运行控制提供理论与技术支撑。


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