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微网群混合协调控制及有功功率优化研究

熊雄  
【摘要】:微电网灵活的运行方式和多元的管理、控制技术,是作为分布式电源接入电网并提高系统供电可靠性、电能质量的有效手段。但是微电网中分布式电源通常采用电力电子接口连接到微网,减少了系统的惯性,当微电网缺乏大电网的支撑时,将存在电源出力随机性大、功率平衡调节难度大、安全稳定控制困难、电能质量难以保证等共性技术问题。而将区域配电网中地理位置毗邻的多个微电网互联并通过能量互济以形成具有特定功能和运行目标的群落,通过区域自治消纳和广域对等互联,可最大程度适应分布式可再生能源接入的动态特性,提高系统运行的鲁棒性及优化性。微网群作为微电网的概念延伸,本论文将基于微电网的协调控制以及优化机制,对微网群协调稳定及优化控制进行了研究,主要工作如下:首先,重点对微电网孤岛运行下的功率管理策略以及协调控制策略进行了研究。在微电网孤岛稳定控制中,考虑到分布式电源多元化的特点,提出了一种主从与下垂控制交替运行的功率管理策略和混合协调控制策略。在混合协调控制中,将储能与光伏联合运行以获取能源最大利用率,并采用主从控制;下垂单元按照自身下垂特性进行自主控制。在功率管理策略中,通过分析光储联合运行单元和下垂单元各自功率-频率(P/f)特性曲线,进而聚合得到整个微电网孤岛运行时多分段P/f特性曲线,光储联合运行单元与下垂单元将依据该P/f特性曲线交替运行,实现功率的分散管理。此外在微电网运行中,当储能荷电状态(State of Charge,SOC)达到某一上限值或是充电功率大于最大可充功率限制,提出一种储能充电功率修正的控制策略,该策略通过改变光伏DC端口参考电压使其偏离最大功率运行点,从而达到减发电的目的以满足储能荷电状态及最大充电功率的限制。基于PSCAD搭建了仿真模型,通过仿真分析验证了所提策略的正确性和有效性。其次,在微电网孤岛运行的混合协调控制及分散功率管理基础上,重点对微网群孤岛运行下的协调控制策略及功率管理策略进行了研究。在功率管理策略中,将群内各微网看作是具备多分段P/f特性的单元,并由此聚合得到微网群多分段P/f特性曲线,微网群依据该特性曲线进行功率分散管理。在协调控制中,各微电网之间依据群P/f特性曲线进行主从控制或者对等下垂控制。当微网群进行对等下垂控制中,考虑到各微网间下垂单元的分散性以及容量、下垂增益的差异所引起稳定性的问题,基于平均频率法建立了小信号模型,分析了微网间等效线路阻抗和各微网多分段P/f中下垂段系数变化时系统主导特征值的变化轨迹,并依次作为各微网下垂特性段下垂系数的选择依据。基于PSCAD建立微网群协调控制仿真模型,并通过仿真分析验证了所提策略的正确性与有效性。然后,对微电网在并网模式下的有功功率优化进行了研究,将微电网功率优化看做一个马尔科夫决策过程(Markov Decision Processes,MDP),建立了微电网PCC点多时间尺度功率熵值优化模型,抑制PCC点交换功率短时间尺度波动的同时减小PCC点功率长时间尺度下峰谷差。以该熵值优化模型作为MPD的回馈函数,以混合储能中功率型储能超级电容器(Super Capacitor,SC)SOC作为状态集合,以混合储能充放电功率、风电光伏输出功率作为MDP行动集合,并提出一种基于小波包分解-概率模糊集合的特定策略集合,作为状态集合到行动集合的映射,通过策略迭代得到最优策略及其对应的最优回馈函数值序列。最后基于算例仿真分析可知该方法可有效减小微电网并网PCC点功率短时间尺度功率波动和长时间尺度下的峰谷差。最后,对微网群并网运行时有功功率优化进行了研究,分析并比较了微网群功率优化与微电网功率优化之间的不同之处,基于分散结构下半观测马尔科夫决策过程(decentralized partially-observable Markov decision process,DEC-POMDP)对微网群并网运行下功率优化进行数学建模。为求解DEC-POMDP优化模型,应用拉格朗日-对偶原理将DEC-POMDP中的目标函数化成两层maximum-minimum的优化形式,通过拉格朗日乘子将两层优化进行解耦以达到化简的目的,并基于一种bloch球面坐标编码的量子遗传算法进行寻优求解。通过算例分析对比,微网群中微网通过各自储能剩余容量的分享可有效降低微网群运行维护成本。


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