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网络化交直流混合微电网功率分担的分布式协同控制方法研究

周建国  
【摘要】:能源互联网是未来能源网络发展的重要方向和必然趋势,已经上升为国家能源战略,并成为当前世界范围内的研究热点。微电网作为能源互联网中的重要构成部分对可再生能源发电系统的大规模集成和应用具有重要意义。本文以能源互联网为背景,主要对其重要构成部分的(互联)微电网系统的能量协同管理控制问题进行了研究,同时也对电能质量的改善进行了研究。首先,研究了含有不平衡和非线性负荷的微电网的无功、谐波和不平衡功率分担和电能质量改善的分布式控制问题;其次,研究并提出了一种含有单相/三相分布式可再生能源发电系统的混合微电网结构及其能量平衡管理控制策略;再次,分别研究了交直流混合微电网和微电网集群的分布式能量分担协同控制问题;在以上基础上进一步研究了含有单相/三相分布式电源和负荷不平衡的网络化混合微电网系统的多层级能量协同控制与电能质量改善问题;最后,给出的仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。本文的主要贡献和特点概述如下:(1)针对微电网中含有不平衡和非线性负荷时的功率分担和电能质量改善问题,提出了谐波和不平衡功率下垂控制方法和基于多智能体一致性理论的分布式基波正序、负序和谐波虚拟阻抗自适应调节方法。理论分析和实验结果表明该方法在有效克服线路阻抗不匹配的影响,保证功率在DG间精准分担的同时能够较好地改善PCC点电压质量。(2)针对单相/三相混合分布式可再生能源发电系统的实际应用问题,首次提出了一种基于PSU系统互联的具有自治能量管理能力的单相/三相混合微电网结构,并设计了基于自适应Backstepping-滑模控制和下垂控制的PSU系统的控制策略。该方法解决了混合微网相间功率无法转移协同分配的问题,增强了微电网系统供电灵活性、可靠性和可再生能源效能。(3)针对交直流互联微电网系统的能量协同管理与控制问题,提出了 IC外环双下垂控制和内环数据驱动无模型自适应电压控制的能量管理控制策略。该方法解决了混合微电网功率分担协同控制问题,且使IC具备参与调压调频的能力;展现了数据驱动控制使IC对混合微电网系统中的不确定性和未建模动态具有良好鲁棒性的特点。(4)针对通过互联变换器连接形成的微电网集群的功率分担问题,提出了基于多智能体事件触发通信的分布式一致性功率分担协同控制方法,进一步给出了考虑通信延时的稳定性判定定理及其证明。同时,研究了利用IC富裕容量对交流微电网进行无功支撑。理论和实验结果显示微电网集群精确分担负荷且减少IC间的通信量,灵活性和可靠性高。(5)针对含有单相/三相不平衡微电网的网络化交直流微电网系统,提出了一种结构分散的分布式事件触发PI一致性控制的层级化网间及相间能量协同动态路由控制策略;同时,研究了交流DG和IC协同的电压质量改善方法。所提方法实现了微电网网间能量协同互济、相间能量平衡和电压质量改善三个层级的目标,具有层级通信复用的特点,高效、灵活。


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