基于一致性的微电网系统分布式优化

作     者：肖艳辉 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫士杰

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：微电网 虚拟惯量 小信号建模 稳定性分析 分布式优化 

摘      要：微电网是一种通过电力电子逆变器接口将多个负荷、分布式发电单元和储能系统连接到一起的小型供配电网络。由于微电网中的分布式发电单元固有的间歇性、随机性等特点,研究微电网系统的小信号模型以及在系统稳定的基础上进行分布式优化成为一个重要的研究课题。本论文首先对微电网系统进行小信号建模与分析,根据求得的小信号模型代入系统参数求得系统特征根,并对微电网系统进行稳定性分析。在系统稳定的基础上,对微电网中分布式发电单元进行优化建模,并对传统集中式优化方法与分布式方法进行对比分析,提出了针对微电网的分布式优化。并讨论了在不同通信拓扑情况下优化方法的有效性,最后通过Matlab仿真验证了本文所提优化策略的正确性。首先,针对分布式发电单元的低惯性、阻尼小会使微电网系统产生波动甚至不稳定,本文设计了带虚拟惯量的功率控制器,模拟了电力系统中同步发电机的特性,增加了分布式微源的惯性,提高了微电网系统在负荷波动时的稳定性;在此基础上建立了逆变器以及整个微电网系统整体的的小信号模型,得到了系统的特征矩阵,根据特征根的分布分析了系统的稳定性,并用根轨迹描绘了当虚拟惯量、控制器参数以及下垂系数变化等对系统稳定性的影响。其次,在微电网稳定的前提下,由于传统集中式的优化方法对调度中心依赖较高,随着微电网中分布式发电单元的增加,集中式优化已经不能满足微电网的要求,所以本文提出了针对微电网的分布式优化方法。在分布式优化方法中,每个分布式微源均可以看成一个智能体,相邻智能体之间可以进行通信,最后达到系统的一致性优化目标。本文还提出了在系统通信失败时,可以通过修改控制器的参数与设置“领导节点-跟随节点模式继续保持系统基于一致性的分布式优化。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台下,本论文首先建立了 3-DG型微电网系统,验证了所加虚拟惯量对系统稳定的有效性;然后分别建立了含4个分布式发电单元的微电网系统和IEEE-14节点系统,对提出的分布式优化方法在不同通信拓扑下进行仿真,验证本文所提出的方法的有效性与可行性。