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含混合储能的独立型微电网系统控制与优化调度策略研究

陈敬峰  
【摘要】:微电网系统是由负荷、分布式电源、电力电子变换器通过电气网络紧密集成的可控供电系统,其充分利用风/光资源进行本地化稳定供电,不但促进可再生能源发电的就地消纳,还能够提升本地供电系统的稳定性和经济性,是保障海岛或山区、农村等偏远地区稳定供电的有效途径,也是现代大型电力系统的重要补充手段。作为自治运行的小型电力系统,独立型微电网系统的首要任务是保持稳定运行,其次是在此基础上对其中的各类发电单元进行能量的优化调度,提升其经济性。独立型微电网系统的风、光发电单元出力受风速、光照强度、温度等自然条件因素影响较大,其输出功率具有波动性和间歇性,同时,用电负荷也是随机波动的,这些波动占整个微电网系统总功率的比例往往较高,对微电网的运行带来较大挑战,不但不利于系统稳定运行,而且对整个系统的能量优化调度也造成了较大的困难。因此,独立型微电网系统是否能够在最小化储能配置的条件下确保其稳定、经济运行,提升微电网系统的经济性,是微电网系统规模化应用的关键。如何建立科学合理的微电网系统模型,一体化地解决微电网系统的稳定性问题和能量优化调度问题?本文紧紧围绕这一关键技术问题,对独立型微电网系统的拓扑及数学建模、协调稳定控制、日前优化调度策略以及多时间尺度日内优化调度进行了深入的研究。论文主要研究内容包括以下几部分:(1)本文针对典型微电网系统架构描述其精准暂态建模面临的挑战,对其中的典型发电单元进行独立的静态与动态建模,对微电网系统中多个发用电单元不同的时间响应特性进行描述,给出微电网系统整体建模遇到的关键问题,以及针对外界随机扰动、多时间尺度特性、稳定域求解等关键问题进行探讨,为后续章节开展微电网系统的稳定控制奠定基础。(2)基于分层控制结构,在充分考虑独立型微电网系统中发用电能量偏差的动态特性的情形下,针对能量偏差的快动态分量,提出了一种基于多时间尺度的微电网电压/频率控制方法以及发用电功率波动快动态平抑与可再生能源消纳控制策略。该策略根据独立微电网电压/频率的动态特性,将电压/频率稳定区域划分为警告、紧急和合格区。通过初级功率控制和二级功率协调控制实现对净负荷功率缺额的有效补偿,快速平抑电压/频率的波动。进而通过微电网能量管理系统实现对系统的协调最优控制。(3)在实现独立型微电网系统的低成本稳定控制的基础上,针对独立微电网系统发用电能量偏差中的慢动态分量控制,提出了考虑系统平衡约束、能量型储能单元运行约束、分布式发电单元系统运行约束、备用容量约束以及三相不平衡约束的含多种储能的独立微电网系统日前优化调度策略。在此基础上,将模糊理论与混沌粒子群算法所结合,提出基于模糊偏正的混沌粒子群算法,求解含多种储能的独立微电网系统日前优化调度问题。(4)针对可再生能源出力的随机性和间歇性导致常规可控机组的调节压力不断增大,微电网运行风险增加以及运行经济性差的问题,以微网运行收益为目标,提出“日前优化+日内滚动+准实时修正+实时协调控制”的多时间尺度优化调度策略。考虑到现有分布式可再生能源和分散负荷日前功率预测精度低的弊端,在日内滚动优化模型中引入可控机组启停计划偏差及负荷投切计划偏差等软约束,允许修正日前机组启停计划和负荷投切计划。在准实时协调控制中引入综合判据以决策分布式电源的调节优先级。在实时协调控制中,混合储能单元采用改进一阶低通滤波算法自适应地补偿秒级的不平衡功率,以进一步消纳系统的预测偏差功率,最终实现微网系统的稳定和经济化运行。


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