光伏微電網控制與優(yōu)化的若干問題研究

【摘要】：迫于環(huán)境和能源的壓力,新能源利用正受到越來越多的關注。新能源中可再生能源,例如太陽能和風能,具有間歇性和不確定性,大規(guī)模的可再生能源發(fā)電接入電網會對電網安全穩(wěn)定運行帶來負面影響。微電網將多種分布式電源與負荷組合起來,實現(xiàn)分布式電源與分布式電源之間、分布式電源與配電網之間的協(xié)調運行,從而降低了可再生能源發(fā)電對配電網的影響。同時,微電網能實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給,是實現(xiàn)主動式配電網的有效方式。本文以光伏發(fā)電微電網為代表,對微電網控制與優(yōu)化的若干關鍵問題進行了分析與研究,主要內容包括光伏發(fā)電功率預測、分布式電源配置、并網點潮流跟蹤控制、經濟優(yōu)化運行等。本文所提方法也能適用于含其它能源形式的微電網。 本文的研究工作可以總結為以下幾個方面： (1)可再生能源的發(fā)電預測對保持微電網功率平衡和經濟運行有著重要意義。本文以光伏發(fā)電為例,提出了兩種基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的光伏發(fā)電功率預測方法。一種方法以數(shù)值類天氣預報為基礎,利用系統(tǒng)辨識方法建立了光伏發(fā)電功率預測模型；另一種方法以語言類天氣預報為基礎,利用自適應神經模糊推理系統(tǒng)原理建立了光伏發(fā)電功率預測模型。兩種方法均以天氣預報為基礎,隨著天氣預報技術的發(fā)展,光伏發(fā)電功率預測的準確性和實時性也將不斷提高。 (2)微電網內分布式電源的合理配置是最大程度利用可再生能源的重要前提。本文以分布式電源及負荷具有不同的頻率特性為依據(jù),提出了一種基于頻域分析的微電網分布式電源配置方法。方法對負荷及自然變動的可再生能源進行頻譜分析,并以此為依據(jù)配置電源種類及容量。方法雖然是以光伏發(fā)電微電網為例提出,但同樣適用于含有其它可再生能源的微電網。 (3)微電網的功能之一是要配合電網調度,實現(xiàn)配電網的主動運行,因此并網點潮流跟蹤控制是微電網設計和運行的核心內容。本文提出了一種基于頻域的解耦控制系統(tǒng)結構,即通過控制器的作用,使得每個分布式電源只承擔某個頻域范圍內的負荷波動,所有分布式電源的綜合頻域范圍能覆蓋整個負荷頻帶。控制參數(shù)整定是實現(xiàn)控制目標的重要環(huán)節(jié),為此本文提出了一種基于非線性擴散粒子群算法的參數(shù)優(yōu)化整定方法。對基于以上方法構造的光伏微電網進行了頻域分析。頻域分析和時域仿真分析結果都表明,本文提出的控制結構和策略能實現(xiàn)并網點潮流跟蹤控制,非線性擴散粒子群算法應用到控制參數(shù)整定中,能達到預期目標。實證研究證明的本文所提方法可實現(xiàn)性,并驗證了不同分布式電源在微電網中的作用。 (4)針對微電網的經濟優(yōu)化運行問題,提出了一種基于運行計劃的并網點潮流跟蹤控制方法。以可再生能源發(fā)電功率預測和負荷預測為依據(jù),以運行經濟性最優(yōu)為目標,采用遺傳算法對分布式電源出力進行優(yōu)化,制定經濟運行計劃。微電網按運行計劃運行,對預測值與實際值不相符的情況,并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)進行實時調節(jié)。仿真結果表明,在運行計劃指導下,除了能實現(xiàn)并網點潮流跟蹤控制,運行經濟性也有提高。 【關鍵詞】：光伏微電網 光伏發(fā)電功率預測 頻域分析 并網點潮流跟蹤 運行優(yōu)化
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 研究的目的與意義12-14
• 1.2 國內外微電網發(fā)展現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 北美微電網發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 歐盟微電網發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 日本微電網發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.2.5 國內微電網發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 1.3 微電網若干關鍵技術及研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3.1 光伏發(fā)電功率預測研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.2 微電網優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀21
• 1.3.3 微電網運行與控制研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 本文的研究內容與結構安排23-25
• 第2章 光伏發(fā)電功率預測研究25-55
• 2.1 引言25
• 2.2 光伏發(fā)電影響因素分析25-28
• 2.2.1 光伏電池機理模型25-26
• 2.2.2 光伏電池外特性26-28
• 2.3 基于改進型小波神經網絡的光伏發(fā)電功率預測28-41
• 2.3.1 NARX模型29-30
• 2.3.2 模型階次與延時30-31
• 2.3.3 改進小波神經網絡辨識估計算法31-33
• 2.3.4 算例分析33-41
• 2.4 基于自適應神經模型推理系統(tǒng)的光伏發(fā)電功率預測41-51
• 2.4.1 自適應神經模型推理系統(tǒng)41-43
• 2.4.2 輸入變量主成分分析43-45
• 2.4.3 基于自適應神經模型推理系統(tǒng)的光伏發(fā)電功率預測算法實現(xiàn)45-46
• 2.4.4 算例分析46-51
• 2.5 本章小結51-55
• 第3章 基于頻域分析的分布式電源配置55-68
• 3.1 引言55-57
• 3.2 分布式電源的頻率特性分析57-62
• 3.2.1 自然變動電源頻譜特性58-60
• 3.2.2 同步發(fā)電機模型及頻率特性60
• 3.2.3 儲能裝置模型及頻率特性60-61
• 3.2.4 負荷曲線的頻譜特性61-62
• 3.3 基于頻域分析的微電網分布式電源配置62-64
• 3.3.1 離散傅立葉變換62-63
• 3.3.2 負荷頻段劃分63
• 3.3.3 分布式電源額定功率配置63-64
• 3.3.4 儲能系統(tǒng)額定容量配置64
• 3.4 算例分析64-66
• 3.4.1 初始條件64-65
• 3.4.2 分布式電源功率與容量配置65-66
• 3.5 本章小結66-68
• 第4章 基于頻域分析的并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)分析與設計68-95
• 4.1 引言68
• 4.2 微電網系統(tǒng)控制模式68-71
• 4.2.1 主從控制68-69
• 4.2.2 對等控制69-70
• 4.2.3 分層控制模式70-71
• 4.3 分布式電源控制方式71-72
• 4.3.1 P/Q控制71
• 4.3.2 Droop控制71
• 4.3.3 V/F控制71-72
• 4.4 并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)頻域分析72-78
• 4.4.1 并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)結構72-73
• 4.4.2 電源控制子系統(tǒng)及其頻域分析73-76
• 4.4.3 并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)及其頻域分析76-78
• 4.5 控制器參數(shù)整定78-81
• 4.5.1 控制器參數(shù)經驗整定法78-79
• 4.5.2 基于非線性擴散粒子群算法的控制器參數(shù)優(yōu)化79-81
• 4.6 算例分析81-88
• 4.6.1 頻域分析82-84
• 4.6.2 時域仿真84-88
• 4.7 實證研究88-90
• 4.8 本章小結90-95
• 第5章 微電網并網點潮流跟蹤控制優(yōu)化運行95-111
• 5.1 微電網能量優(yōu)化管理系統(tǒng)95-97
• 5.1.1 微電網信息系統(tǒng)95
• 5.1.2 微電網供需控制系統(tǒng)95-97
• 5.2 微電網運行優(yōu)化97-103
• 5.2.1 分布式能源運行成本模型97-100
• 5.2.2 微電網經濟運行優(yōu)化模型100-101
• 5.2.3 優(yōu)化算法101-103
• 5.2.4 基于微電網運行優(yōu)化的并網點潮流跟蹤控制系統(tǒng)103
• 5.3 算例分析103-110
• 5.3.1 運行計劃的制定103-107
• 5.3.2 運行計劃下的微電網運行經濟性分析107-110
• 5.4 本章小結110-111
• 第6章 總結與展望111-113
• 6.1 本文工作總結111-112
• 6.2 進一步研究112-113
• 參考文獻113-125
• 致謝125-126
• 攻讀博士學位期間完成的論文及參與的科研項目126-127

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