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对等模式下独立微电网分布式电压控制研究

楼冠男  
【摘要】:随着微电网和智能电网技术的发展,独立微电网作为分布式电源的有效组织形式,一方面在电网故障时保证系统内重要负荷的持续不间断供电,另一方面可作为黑启动电源辅助黑启动过程。不同于并网型微电网,独立微电网由于失去了大电网的频率和电压支撑,等效转动惯量较小且易受间歇性分布式电源的扰动影响,如何维持独立微电网的负荷功率合理分配以及电压、频率稳定已成为当前关注的焦点。对等控制模式中各分布式电源不依赖于通讯即可参与电压、频率调节以及功率分配,因而受到了微电网控制领域的广泛关注。相比于频率下垂控制可自主地实现有功功率均分,由于各分布式电源连接阻抗不一致,电压下垂控制很难实现无功功率均分甚至可能引起无功环流,影响微电网稳定性。因此,有必要研究一套合理、有效的独立微电网协同电压控制策略,以提高微电网的稳定性、提升可再生能源的利用效率。本文基于现有集中式、分散式控制方式的不足,以独立微电网的无功功率均分和电压恢复的控制目标为研究背景,探讨了对等-分布式控制架构,从协同机理、策略制定、实施方法、仿真验证等方面深入研究了分布式协同控制结构优化、分布式协同电压控制器参数优化以及分布式预测一致性控制策略,为建立微电网分布式协同电压控制体系和方法提供了重要的理论支撑和技术支持。本文主要研究内容如下:1)独立微电网二次电压控制目标及对等-分布式控制架构:针对独立微电网实现无功功率均分和输出电压恢复的控制目标的矛盾性,分析了电压控制中分布式电源信息交互的必要性。根据集中式、分散式及分布式控制方式的各自特点,深入研究了微电网协同电压控制的对等-分布式控制架构,在此控制模式下各分布式电源与相邻分布式电源进行信息交互,从而实现全局信息共享。2)考虑动态收敛性、时延裕度和链路数目的分布式协同电压控制结构优化方法:推导出独立微电网分布式协同电压控制策略,说明分布式控制结构对系统动态性能将产生重要影响。基于通讯拓扑的可达性及异构性获取连通异构型通讯网络,作为分布式控制结构的可行域;通过建立考虑网络动态收敛性、延时裕度和链路数目的多目标优化模型,求取Pareto优化网络集,最终根据实际网络需求从离线优化网络中选择微电网分布式电压控制的优化拓扑结构。3)考虑动态性能和延时鲁棒性的分布式协同电压控制器参数优化方法:在确定了分布式控制结构的前提下,深入研究分布式协同电压控制器参数优化策略。首先,将微电网分布式协同电压控制器转化为等效分散式控制器,提出基于线性二次型优化的控制器参数设计策略,从而提高系统动态收敛性;其次,考虑到分布式通讯中不可避免地存在通讯延时的情况,将延时鲁棒性作为除动态性能外的控制器参数设计的另一指标,即当两组控制器参数的动态性能类似时,优先选择时延裕度较大的控制器参数。分布式控制结构优化与分布式控制器参数优化,共同构成了分布式协同电压优化控制策略。4)分布式协同电压预测一致性控制策略:针对基于信息交互及动态反馈的常规分布式协同电压控制在控制过程中可能存在过控、欠控或误控的现象,引入模型预测机制,根据本地及相邻分布式电源当前及历史数据对未来时间断面的微电网运行状况进行预测,优化控制决策。首先,在分布式一致性电压控制中加入辅助预测项,提出了基于辅助预测项的微电网分布式电压预测一致性策略,通过可调参数预测项提高了控制过程的收敛速度以及对不同控制周期的鲁棒性。此外,针对分布式预测一致性电压控制策略中未考虑逆变器的非线性动态特性,提出了基于输入输出反馈线性化的微电网分布式电压预测一致性策略,通过将逆变器非线性模型部分线性化,提高了控制系统的动态性能以及延时鲁棒性。


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