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微電網分布式控制理論與方法

作者:顧偉等 來源:科學出版社 發布時間:2020-06-05 瀏覽:
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開發利用可再生能源有助于解決當前面臨的能源和環境雙重危機,是推動能源革命和實現能源可持續發展的重要技術之一。然而大規??稍偕植际诫娫粗苯硬⒕W使電網的穩定性面臨新的挑戰:一方面,風光等間歇性新能源的輸出功率具有波動性和隨機性,簡單并網將對用戶造成功率沖擊;另一方面,分布式電源的接入改變了電網單向潮流的格局,使傳統電網的運行模式難以適應新的控制需求。

● 微電網是由多種分布式電源、儲能、負載以及相關監控保護裝置構成的能夠實現自我控制和管理的區域自治型電力系統,現有研究和實踐表明,分布式電源以微電網形式接入配電網,是發揮分布式電源效能的最有效途徑。近年來世界各國都加大了對分布式發電以及微電網技術的關注和發展力度,微電網技術正在快速發展,成果也在大力推廣應用過程中。

圖1 微電網結構圖

與傳統電力系統相比,微電網內分布式電源種類繁多、運行模式多樣、控制策略各異、可控程度不同,恰當有效的多源協調控制是實現系統穩定、可靠、高效運行的關鍵,也是解決優化配置、繼電保護等其它問題的前提。分布式協同控制兼顧傳統集中式和分散式控制的優勢,基于局部信息交互促成類全局信息共享,以稀疏通訊方式實現本地控制決策的全局優化,適應于微電網運行對實時性、靈活性和可靠性的更高要求以及“即插即用”的控制需求,由此受到了國內外微電網領域專家學者的廣泛關注與深入研究。

《微電網分布式控制理論與方法》首先介紹了微電網基礎內容,包括分布式電源建模、微電網分層控制結構和逆變器控制方法等,對現有技術系統地進行了總結。在此基礎上,就微電網分布式控制理論與方法的重點和難點展開介紹,具體包括分布式協同控制策略、通訊拓撲和控制器參數優化、分布式智能控制三大部分。

分布式控制是以一致性協同理論為基礎,各分布式電源通過與相鄰分布式電源進行信息交互并調整狀態,最終所有狀態趨于一致,從而實現全局協同控制。根據有無預設控制目標可分為分布式平均一致性控制和分布式牽制一致性控制,分布式平均一致性控制實現無中央控制器的控制決策本地類全局優化,適應微電網控制對可靠性、實時性和擴展性的更高要求;分布式牽制一致性控制,通過選擇性地對部分分布式電源施加牽制控制,其他分布式電源基于通信耦合關聯向牽制分布式電源搜尋同步,最終全局達到預設目標值。

分布式控制結構和分布式控制器參數優化是分布式控制策略優化的兩個重要部分。分布式控制結構優化(稀疏通信拓撲優化)以提高動態收斂性和通信延時裕度、提升協同性能、降低鏈路數目為目標,優化拓撲較普通拓撲可顯著提高微電網控制的動態性能和延時魯棒性。分布式控制器參數優化分別基于線性二次調節法和臨界特征根跟蹤法設計控制器參數,提升動態收斂的一致性,并對其在微電網分布式控制策略應用中的實際指導意義進行分析。

分布式智能控制策略將智能控制方法引入常規一致性控制策略,以提高系統動態性能為目的在理論算法和實施方式上展開進一步的研究和探索。分布式預測一致性控制,通過對未來時間斷面的微電網運行狀況進行預測,優化控制決策,避免控制量過控、誤控或欠控等問題。在分布式一致性控制中加入輔助預測項,提出了基于輔助預測項的分布式線性預測控制,通過可調參數預測項提高控制過程的收斂速度和不同控制周期的魯棒性;針對分布式預測一致性中未考慮逆變器的非線性動態特性,進一步提出了基于輸入輸出反饋線性化的分布式非線性預測控制。

以上內容構建了多目標、多層次、多屬性的微電網分布式控制理論與方法,可為微電網安全可靠、經濟高效運行提供支撐,為其他學科應用分布式控制方法提供案例借鑒。本書力求對這一領域的若干重要研究成果進行較為完整的概括和總結,從第二章、第三章的分布式電源建模、微電網分層控制結構和逆變器控制方法入手,著重圍繞第六章微電網分布式協同控制理論、第七章分布式控制策略優化、第八章微電網智能分布式控制策略和第九章分布式策略仿真驗證等核心內容展開,以層層遞進的結構、簡潔的語言進行描述。讀者僅需掌握基本的電力系統和自動控制系統知識,便可把握微電網分布式控制理論與方法發展的總體脈絡。

關鍵字:微電網

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