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多微网组网结构及其协调控制策略研究

多微网组网结构及其协调控制策略研究

作者：魏川翔西华大学

学位级别：硕士

近年来,为了降低能源危机所带来的不利影响,分布式发电与微电网技术得到大力发展,为了提高能源利用率,整合多个微电网的优势,又将地理位置相邻的多个微电网组成了多微网系统。由于多微网系统可以形成不同的组网结构,同时各个子微网的容... 详细信息

近年来,为了降低能源危机所带来的不利影响,分布式发电与微电网技术得到大力发展,为了提高能源利用率,整合多个微电网的优势,又将地理位置相邻的多个微电网组成了多微网系统。由于多微网系统可以形成不同的组网结构,同时各个子微网的容量、分布式电源组成、负荷变化也不尽相同,如何根据多微网系统不同的组网结构进行协调控制,已经成为一个研究的重点。本文针对多微网系统的组网结构及其协调控制策略开展了相关研究,主要工作如下:首先,本文研究了微电网典型结构以及主要控制方法,并对多微网系统中几种典型分布式电源的基本工作原理及运行特性进行了分析,搭建了相应的仿真模型;同时,基于本校两个独立子微网的构架及运行特点,进行了多微网组网结构的设计,使两个交流子微网能够以串联、并联结构进行组网互联,在此基础上,对多微网系统的运行模式及相应的模式切换触发事件进行了分析。其次,本文针对具有多种组网结构的多微网系统,设计了三层控制构架,并分别对微源控制层、协调控制层和中央控制层的主要功能进行了分析;针对微电网系统中的功率均分问题,本文研究提出了一种基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略,并借助Matlab/Simulink搭建了相应的仿真模型,验证了该策略的有效性。同时,基于多微网系统的不同组网结构,对多微网系统在主动并网转离网、被动并网转离网和离网转并网时的功率控制问题进行了分析,设计并实现了相应的联络线功率协调控制方案。最后,搭建了多微网系统实验平台,实现了两个独立子微网电气结构之间的互联,并介绍了相应的硬件组成,阐述了系统通讯结构及软件开发环境。对本文所设计的多微网组网结构进行了实验验证,并在此实验平台上,验证了本文所提出的多微网系统在并离网切换时的功率协调控制策略,表明该策略能够实现多微网并离网平滑切换,能够有效保证系统中发电功率与用电负荷的协调一致。

关键词：多微网组网结构协调控制功率均分联络线功率

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多微网接入配网环境下的协调优化与控制

多微网接入配网环境下的协调优化与控制

作者：刘昭林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着接入配电网中微网数目的增加,多微网接入配网后其优化与控制所面临的问题将日益突出。这些数目众多的微网可在物理上和逻辑上构成一个多微网系统,而系统呈现出与传统配电网不同的特性,如其打破了垄断式配网营销模式,改变了配网内潮... 详细信息

随着接入配电网中微网数目的增加,多微网接入配网后其优化与控制所面临的问题将日益突出。这些数目众多的微网可在物理上和逻辑上构成一个多微网系统,而系统呈现出与传统配电网不同的特性,如其打破了垄断式配网营销模式,改变了配网内潮流的流动方向,削弱了配网全局调度管控能力等。为了减轻配网的全局管控难度、提高多微网系统的运行水平及可再生能源的消纳能力,本文研究了多微网接入配网环境下的优化与控制策略,以期促进配网和多微网系统的健康发展。首先,考虑到可再生能源接入微网的功率频繁波动度,设计了多微网双层控制体系。所设计控制体系的上层控制负责在长时间尺度内优化多微网的负荷分配,而其下层控制则负责短时间尺度内在保证多微网的功率实时平衡的同时实现对上层计划功率的快速追踪。该控制体系在提高多微网系统运行经济性的同时保证了控制系统的鲁棒性。其次,根据微网与配网交易的价格机制设计了一种多微网系统的交易策略并提出了适用于多微网运行的优化模型。考虑到微网对储能设备—蓄电池的要求,提出利用蓄电池放电惩罚函数模拟蓄电池发电成本,并将此成本作为优化目标函数中一部分。利用所设计的放电惩罚函数进行优化可使电池根据自身的SOC值动态调整充放电策略,实现蓄电池的最优化运行。再次,在多微网上层控制系统中,针对集中式优化方法不利于保护各市场参与主体的隐私、对通信系统构建要求高及控制系统鲁棒性差等缺点,设计了基于交替乘子法(Alteranting Direction Multiplier Method,ADMM)的分布式优化算法。通过分析配网中各节点间的耦合关系建立了多微网系统的分散式优化模型,利用消除区域协调变量的方式改进ADMM算法,并利用改进的算法求解多微网系统的分散式优化模型。通过仿真分析,验证了所提出方法的准确性和有效性。最后,在微网的下层控制中,亦针对集中式控制的缺点设计了微网分布式自治控制方案。在所设计的控制方案中,各微源在与相邻微源交互必要信息的基础上,基于有限时间控制方法实现机组功率在最优运行点邻域内的动态调整。仿真分析表明,所提出的微网分布式自治控制方案在去中心化的同时保证了微网的经济运行能力。

关键词：多微网协调优化与控制配电网分布式优化

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多微网的能量管理及其控制策略研究

多微网的能量管理及其控制策略研究

作者：宋志成沈阳工业大学

学位级别：硕士

传统的分布式系统结构在过去的十几年里发生巨大变化,分布式能源的引进,以及先进的计量、通讯和控制技术在分布式能源的应用,将传统的发电系统变成多个微网互联的结构。多微网系统具有快速性和可控性的优点。并且随着智能电网的广泛发展... 详细信息

传统的分布式系统结构在过去的十几年里发生巨大变化,分布式能源的引进,以及先进的计量、通讯和控制技术在分布式能源的应用,将传统的发电系统变成多个微网互联的结构。多微网系统具有快速性和可控性的优点。并且随着智能电网的广泛发展,电能产生和消耗在分布式系统中的优化管理受到越来越多的关注,本文所提出多微网的优化协调控制策略能够实现能量的有效管理,达到最佳的经济性。本章主要对微电网中可能出现的模块进行数学建模,并且分析各个模型的特点以及和经济性的相关度,并且根据各种微源不同的特性,对微源建立了有效的经济模型,最后提出负荷-发电（LG）的概率模型。其次根据总成本消耗最小的控制目标,给出能量管理的总体目标函数,引入一个新型能量管理参数（EMSI）,并给出微电网中各个组成单元的能量管理控制目标,通过禁忌搜索法使EMSI达到最小,得到全局最优解,达到最佳的经济性。针对多微网能量管理的控制需求,提出了一种集散混合式的多微网的控制结构,并且给出了用多代理系统（MAS）实现集散混合式多微网结构的主要代理设计框图,该系统能够使多个微网在互联运行时保持功率平衡。通过仿真,验证了在多微网系统中协调控制策略的可行性。最后在能量管理方法基础上进行了案例验证,通过案例,反应了不同种类以及不同数量的分布式能源应用能量管理方案后所产生的不同经济效益,并且通过对比能量管理的分散式控制与集群式控制的区别,得到多微网能量管理的最佳解决方案。

关键词：多微网能量管理禁忌搜索法多代理系统经济效益

多微网混合储能系统的功率协同控制与容量优化配置研究

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多微网混合储能系统的功率协同控制与容量优化配置研究

作者：李雯雯西南交通大学

学位级别：硕士

随着多微网技术的发展,可再生能源发电在能源结构中所占的比例日趋上升。由于多微网系统结构复杂,需要分别对各子微网的储能系统进行优化配置,存在多微网系统运行功率控制复杂的问题。因此,本文研究了多微网混合储能系统协同控制策略、... 详细信息

随着多微网技术的发展,可再生能源发电在能源结构中所占的比例日趋上升。由于多微网系统结构复杂,需要分别对各子微网的储能系统进行优化配置,存在多微网系统运行功率控制复杂的问题。因此,本文研究了多微网混合储能系统协同控制策略、建立混合储能容量优化配置模型,直流子微网分布式超级电容器的改进型动态下垂控制算法,具有较好的意义。本文提出一种针对多微网混合储能系统的协同控制策略。首先,建立含混合储能的多微网系统数学模型,直流子微网配置超级电容器组,联络母线配置锂电池,采用滤波算法分别对各子微网的净负荷功率进行分解,得到各自的高频、低频功率。当超级电容器组剩余电量不足时,将高频功率减去调整量后的剩余功率,作为超级电容器组的消纳功率,将低频功率加上调整量后的功率,作为输送到交流母线的交互功率,构造一种用于补偿超级电容器组电量的控制策略。根据锂电池剩余电量、配电网分时电价,提出动态变化的锂电池充放电性能指标和购售电经济性指标,来计算锂电池、配电网的消纳功率,构造交流联络母线净负荷功率分配策略。实验结果表明,对超级电容器组进行电量补偿后,超级电容器组的荷电状态可满足安全工作要求,有效降低子微网直流母线的净负荷功率波动。利用两个评价指标对交流母线净负荷功率进行分配后,可明显提高多微网系统的购售电收益。以混合储能投资建设成本、直流母线功率波动惩罚成本、锂电池削峰填谷收益及购售电收益之和最小为优化目标,将多微网安全稳定运行作为约束条件,建立基于多微网日运行综合成本的混合储能容量优化配置模型。采用差分进化算法对混合储能容量配置进行寻优求解,实验结果证明了所建混合储能容量优化配置模型的有效性。研究一种用于灵活控制分布式超级电容器的改进型动态下垂控制算法。通过分析下垂系数与直流母线电压偏移量的正相关关系,根据直流母线净负荷功率,自适应改变动态下垂系数,提出自适应动态下垂控制算法,以减小直流母线电压波动。通过分析下垂系数与分布式超级电容器充放电功率的负相关关系,提出了计及分布式超级电容器剩余电量的改进型自适应动态下垂控制算法,一方面,根据超级电容器组总的剩余电量,构建改进型动态下垂系数的辅助参数,另一方面,通过分析各分布式超级电容器的剩余电量,得到改进型动态下垂系数的一致性均衡系数,通过这两个参数对自适应动态下垂系数进行改进,不断调整分布式超级电容器的输出功率。仿真结果表明,采用改进型动态下垂控制算法,可精确控制分布式超级电容器的输出功率,有效提高了分布式超级电容器控制的灵活性和可靠性。

关键词：多微网混合储能系统剩余电量分时电价改进型动态下垂控制

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多微网并网技术与协调控制策略的研究

多微网并网技术与协调控制策略的研究

作者：白波西华大学

学位级别：硕士

随着能源结构的转型,以各种清洁能源为主的微电网得到快速发展。微电网主要由分布式发电单元、电池储能单元、以及负荷单元等构成,具有能源互补、能量优化、协调控制等优点,可独立或并网运行。然而,为满足较大规模新能源发电单元的接入... 详细信息

随着能源结构的转型,以各种清洁能源为主的微电网得到快速发展。微电网主要由分布式发电单元、电池储能单元、以及负荷单元等构成,具有能源互补、能量优化、协调控制等优点,可独立或并网运行。然而,为满足较大规模新能源发电单元的接入和用户对电能质量以及可靠性的需求,须将多个子微网组成多微网系统,并进行统一管理和协调。因此,本文设计并搭建由两个子微网构成的多微网系统,并根据不同的组网结构深入研究了三级分层控制技术、多微网功率均分、触发事件、状态转换以及联络线功率控制等。主要工作如下:首先,针对西华大学“电力电子节能技术与装备高校重点实验室”的多微网系统,对其包含的分布式发电单元(风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统等)和储能单元进行数学建模和相关理论分析。同时,对各分布式电源的并网控制方法进行了研究,结合主电路的控制结构对几种常见的控制策略进行了探讨,并根据各种控制策略的基本原理进行数学建模和仿真分析。同时,针对传统下垂控制无功功率分布不均问题,设计了虚拟阻抗环,并运用Matlab/Simulink进行仿真验证。针对原有虚拟同步发电机控制的不足,本文设计了基于PR控制器的虚拟同步发电机控制策略,对其进行了数学建模和仿真分析,并搭建RT-LAB半实物仿真平台,验证该控制策略的可行性。其次,阐述了多微网系统的设计和搭建流程,重点对一号微电网和二号微电网内各微源的构成及组网结构进行分析。设计了两个微电网的互联方式、触发事件、状态转换开关表。使其能够实现串、并联组网切换,以方便对不同组网结构的协调控制策略进行研究。同时,针对实验室多微网系统设计了三级分层控制方案,并规划各级控制器在本系统内的功能。最后,基于ARM协调控制器,开发了多微网协调控制策略程序。实现对多微网系统串、并联结构的联络线功率控制。同时,本文结合实验平台对多微网并网同步和微网内能量互补进行研究和验证。

关键词：多微网协调控制联络线功率控制同步并网功率均分

基于交替乘子法与Shapley分配法的多微网联合经济调度

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电力建设 2021年第7期42卷 28-38页

作者：胡蓉魏震波黄宇涵都成卢炳文方涛四川大学电气工程学院成都市610065 国网四川省电力公司成都市610041

针对多微网联合经济调度下的多主体利益与系统优化调度矛盾,提出一种考虑动态交流潮流约束的分布式优化与涌现利益再分配的多微网联合经济调度模型。其中,采用交替方向乘子法将全局变量——联络线功率、微电网向主网的购售电功率转化为... 详细信息

针对多微网联合经济调度下的多主体利益与系统优化调度矛盾,提出一种考虑动态交流潮流约束的分布式优化与涌现利益再分配的多微网联合经济调度模型。其中,采用交替方向乘子法将全局变量——联络线功率、微电网向主网的购售电功率转化为局部变量,在满足局部优化条件基础上,实现系统整体优化目标;并利用Shapley值法按各微电网主体对系统边际贡献进行涌现收益再分配,解决系统优化与个体利益冲突矛盾。IEEE 33节点系统仿真结果表明:所提模型能有效克服独立式和集中式优化存在的缺陷,明显提高区域系统经济性和本地风电、光伏的消纳利用率,并有降低通信负担和保护微电网主体运行隐私作用,同时有效解决了联盟成员涌现收益分配不公平的问题。

关键词：多微网联络线功率交互交替方向乘子法动态交流潮流约束 Shapley值法

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工业园区多微网特征分析及工程设计

电力系统及其自动化学报 2017年第12期29卷 21-27页

作者：杨苹宋嗣博张育嘉许志荣华南理工大学电力学院广东省绿色能源技术重点实验室广州510640 华南理工大学风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室广州511458

随着微网工程的大规模建成,一定区域内多个临近微网将形成多微网系统。本文针对工业园区多微网展开研究。首先分析工业园区多微网的特征,包括拓扑结构、源荷特征及运营特征。然后,以需求分析、一二次系统设计、评估和校验为路线,提出适... 详细信息

随着微网工程的大规模建成,一定区域内多个临近微网将形成多微网系统。本文针对工业园区多微网展开研究。首先分析工业园区多微网的特征,包括拓扑结构、源荷特征及运营特征。然后,以需求分析、一二次系统设计、评估和校验为路线,提出适合工业园区多微网的设计流程。最后结合两个工程案例,给出设计方案和设计运行方式,并对示范工程进行评估和校验,为工业园区多微网的推广提供一定的参考价值。

关键词：工业园区多微网特征分析工程设计

考虑峰谷电价的串联结构光储型多微网经济运行

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电力系统及其自动化学报 2018年第1期30卷 8-14页

作者：杨苹许志荣袁昊哲张育嘉赵卓立华南理工大学电力学院广州510640 华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室广州511458 华南理工大学风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室广州511458 广东省风电控制与并网工程实验室广州511458

随着微网规模化发展,相邻区域内因互联互供所需可组成多微网系统。如何使多微网高效经济运行成为智能电网发展的关键技术之一。针对串联结构光储型多微网经济优化运行,提出一种考虑峰谷电价的分布式模型预测控制算法。基于源荷预测建立... 详细信息

随着微网规模化发展,相邻区域内因互联互供所需可组成多微网系统。如何使多微网高效经济运行成为智能电网发展的关键技术之一。针对串联结构光储型多微网经济优化运行,提出一种考虑峰谷电价的分布式模型预测控制算法。基于源荷预测建立各层子微网经济性最优的目标函数,通过各子微网中央控制器联合进行分布式预测控制,从而实现滚动优化求解。算例结果验证了所提出优化算法的可行性及经济性。

关键词：多微网串联型峰谷电价预测控制经济运行

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含多微网的主动配电网分层优化调度

电力系统及其自动化学报 2020年第6期32卷 88-93页

作者：李云龙田书马亚光河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454000

针对多微网接入配电网调度中出现的配电系统可靠性降低、明显的弃风弃光现象,提出了两层嵌套的优化调度模型.内层以配电网功率和电压波动最小为目标,约束配电网与各微网的交互功率,提高系统的安全可靠性能.外层以最小微网成本和环境惩... 详细信息

针对多微网接入配电网调度中出现的配电系统可靠性降低、明显的弃风弃光现象,提出了两层嵌套的优化调度模型.内层以配电网功率和电压波动最小为目标,约束配电网与各微网的交互功率,提高系统的安全可靠性能.外层以最小微网成本和环境惩罚费用为目标,在内层调度结果的约束下,实现多微网的经济优化调度,进一步提高可再生能源的利用率.采用改进粒子群优化(IPSO)算法求解该模型,以IEEE 14节点配电网系统为例对该模型进行验证,结果表明了所提模型提高了配电系统可靠性和可再生能源利用率.

关键词：主动配电网多微网两层嵌套模型经济优化调度改进粒子群优化算法