面向CPSS的园区微电网系统协调控制方法研究

作     者：丁安邦 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴丽珍

授予年度：2022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 信息-物理-社会系统 下垂控制 H∞鲁棒控制 μ综合 平行控制 

摘      要：在新能源产业快速发展的背景下,微电网作为智能电网的重要组成部分,能够为分布式能源提供良好的接口,其控制与优化已经成为一个重要研究方向。各种分布式电源之间的协调控制、电能质量以及系统级的协调优化等问题,成为了微电网稳定运行的关键,因此,研究微电网系统协调控制策略具有重要的意义。微电网作为分布式电源接入电网的主要方式,高可再生能源消纳与高利润是微电网运营商追求的主要目标,因此,园区微电网的优化调度对提高可再生能源利用率与利润是十分重要的。本文针对基于信息-物理-社会系统(Cyber-Physical-Social System,CPSS)架构的交流微电网的功率分配,频率稳定性控制,以及优化调度等问题,展开了以下几个方面的研究:(1)面向园区微电网稳定运行与电力需求侧要求,构建与分析了园区微电网CPSS架构,CPSS由物理层、信息层和社会层三部分组成。其中物理层与信息层构成信息-物理系统(Cyber-Physical,CPS),保障了园区微电网的稳定运行,解决了微电网功率分配与频率稳定性问题。物理层、信息层和社会层三层结合完成了园区微电网优化调度。与传统微电网系统网络化协调控制不同的是,本文将人与社会的因素考虑了进来,形成了“供需互动的优化调度策略。(2)针对传统下垂控制受线路阻抗影响,易造成微电网系统电压偏离额定值与功率难以精确分配问题,提出了一种基于DE-RBF混合优化算法的微电网自适应下垂控制策略。建立含两台逆变器的微电网系统模型与状态空间方程,利用差分进化(Differential evolution,DE)算法获得多个平衡点的下垂控制参数,自适应调节下垂系数,并用获得的数据库训练径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络对其进行优化,并推广至多逆变器的情形。仿真结果表明,该方法相比于传统下垂控制,有功与无功功率能够实现更精确的按比例分配,微电网系统电压稳定,系统有较好的动态性能。(3)针对微电网中可再生能源的间歇性与随机性引起的频率波动问题以及控制器通信延时问题,将传统H鲁棒控制理论与μ综合理论相结合,提出了一种基于μ-H鲁棒控制的微电网频率控制方法。建立了考虑系统不确定性以及通信延时的微电网状态空间模型,并结合μ综合理论中的D-K迭代法设计出μ-H鲁棒控制器。搭建了Matlab/Simulink仿真与d SPACE实验平台,实验结果表明,所设计的控制器在参数扰动、通信延时和结构不确定的情形下具有良好的动态性能与鲁棒性。(4)针对园区微电网中电力用户的社会属性,提出了一种基于平行控制方法的园区微电网优化调度策略。构建了园区微电网的优化调度模型,并建立与实际系统相对应的平行控制系统,基于马尔可夫过程和贝叶斯在线学习构建平行系统中“虚拟园区,模拟真实电力用户用电决策行为。应用协同过滤算法对模型进行进一步优化,利用实际系统与平行系统之间的信息交互实现优化调度目标。仿真结果表明,所提的优化调度方法能够有效提高园区微电网的可再生能源利用率和利润,使电力用户主动参与到园区微电网能量管理的过程中,形成一种良性的供需互动关系。