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电力系统自动化 2022年第6期46卷 92-101页

作者：杨挺唐子慧智能电网教育部重点实验室天津大学天津市300072

太阳能联产(ISCC)系统以太阳能热发电作为主要模块,同时匹配燃气轮机联合循环以实现系统稳定运行。但由于ISCC系统中2种不同发电设备的响应速度不同,导致系统需求侧快速变化难以同步及时响应,且系统电-热负荷需求的波动性及太阳辐射的... 详细信息

太阳能联产(ISCC)系统以太阳能热发电作为主要模块,同时匹配燃气轮机联合循环以实现系统稳定运行。但由于ISCC系统中2种不同发电设备的响应速度不同,导致系统需求侧快速变化难以同步及时响应,且系统电-热负荷需求的波动性及太阳辐射的随机变化性也将影响系统稳定运行。为此,建立了ISCC系统数学模型,并通过惯性功率补偿方法弥补2个发电子系统之间的响应速度差异。然后,对作用于系统的电-热负荷需求波动(内扰动)和太阳辐射的随机变化(外扰动)等不确定影响因素进行自抗扰控制,实现系统电功率和热功率的平稳输出。最后,基于美国国家可再生能源实验室卫星气象数据,对100 MW的ISCC系统进行了负荷波动、太阳辐射扰动等多场景仿真,验证了所提控制方法及功率补偿策略的优异性与可行性。

关键词：太阳能联产系统燃气轮机联合循环太阳能热发电自抗扰控制惯性功率补偿功率协调控制

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计及热电耦合的太阳能联产系统功率协调控制

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电网技术 2020年第9期44卷 3433-3440页

作者：杨挺于亚利张亚健赵黎媛智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072

为提高可再生能源利用率并适应电-热综合能源系统的发展,太阳能光热发电供热联产系统得到重视,并匹配传统发电设备作为辅助能源减轻由于太阳能间歇性带来的波动。但联产系统中不同发电设备响应速度差异导致供需功率不平衡,直至影响系统... 详细信息

为提高可再生能源利用率并适应电-热综合能源系统的发展,太阳能光热发电供热联产系统得到重视,并匹配传统发电设备作为辅助能源减轻由于太阳能间歇性带来的波动。但联产系统中不同发电设备响应速度差异导致供需功率不平衡,直至影响系统稳定运行。针对该问题,研究并提出针对太阳能热发电与燃气轮机组成的联产系统的惯性功率补偿优化控制新方法。首先建立了太阳能光热发电供热联产系统数学模型,针对电-热不同能源响应速度差异问题,提出惯性功率补偿方法。在此基础上,论文考虑系统模型参数的不确定性,采用H_2/H_∞控制器对系统进行控制,提升系统动态性能及鲁棒性,并针对影响系统控制精度的控制加权矩阵采用智能优化算法进行参数优化,显著提升控制器的控制精度。最后论文针对100MW太阳能光热发电供热联产系统进行了常规运行及负荷波动等多场景仿真,验证所提控制算法的有效性和系统稳定性。

关键词：太阳能联产系统惯性功率补偿热电耦合 H_2/H_∞控制灰狼算法

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太阳能联产系统自抗扰功率协调控制

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作者：唐子慧天津大学

学位级别：硕士

随着可再生清洁能源在当前电力系统中的应用逐渐增多,其发电模式的间歇性、随机性引起的一系列功率输出稳定性问题也逐渐凸显,同时并网运行的难度也大幅增加。作为一种间接发电技术,太阳能热发电已成为能源电力领域的重要研究方向。其... 详细信息

随着可再生清洁能源在当前电力系统中的应用逐渐增多,其发电模式的间歇性、随机性引起的一系列功率输出稳定性问题也逐渐凸显,同时并网运行的难度也大幅增加。作为一种间接发电技术,太阳能热发电已成为能源电力领域的重要研究方向。其通过集热设备汇聚太阳辐射光,先将太阳能转变为蒸汽热能,然后进一步转化为电能,避免了光伏发电受温度影响大的问题,同时集热镜场的高聚光比有效提升了发电效率集能源利用率,同时热能传递的延迟特性为功率调度提供了空间,增加系统运行的可调控性。此外,太阳能光热发电系统还可与传统火力发电形式相配合,降低系统的储能成本及原料消耗,在增加系统调度可靠性与灵活性的同时实现运行效率的同步提升。在太阳能热发电与传统发电模式结合的联产系统中,负荷需求量通常按容量分配,然而各发电子系统的响应速度差异将导致系统供给侧与需求侧变化不能及时同步,从而导致系统调节过程的时间延长,甚至波及系统的整体协调运行。针对此问题,本文提出针对联合系统的惯性功率补偿策略,并通过实际工况下的仿真场景验证以对系统抗扰性能进行分析,此功率补偿策略的引入有效减少了系统稳定时间、降低了系统功率超调,并使热–电负荷动态变化过程稳定性大幅提升。考虑到联产系统中扰动因素固有的类型复杂、建模估计难度大、电热负荷波动存在耦合等特点,本文引入带惯性极点的自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)策略,将系统内的不确定性与外部环境的间歇性、随机性扰动进行协同考虑,并与已有模型信息相集成,完成更具针对性的控制结构设计及整体闭环反馈控制系统研究。随后针对控制参数种类多、整定困难的问题,提出基于强化学习的参数优化方法,通过快速捕捉联产系统外界环境变化来驱动控制器进行参数迭代,最终锁定最优参数。并通过设置负荷波动、不同天气状况下的太阳辐射扰动等不同场景,对提出的惯性自抗扰控制策略进行有效性论证。将其与非线性PID控制、H/H_∞控制进行对比,发现自抗扰控制使联产系统稳定性得到了大幅提升,使其具有较好的相位和幅值裕度,从而保证系统的安全稳定运行。

关键词：太阳能热发电太阳能联产系统惯性功率补偿自抗扰控制强化学习稳定性分析

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太阳能联产系统功率协调控制

太阳能联产系统功率协调控制

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作者：于亚利天津大学

学位级别：硕士

可再生新能源的利用有效降低了化石能源的消耗,减轻了由能源存储量减少引发的对人们生产生活的影响。风能发电、光伏发电等趋于饱和,导致弃电情况的出现,同时,随机性与不可控性给其发电并网带来极大的挑战。太阳能热发电技术是一种间接... 详细信息

可再生新能源的利用有效降低了化石能源的消耗,减轻了由能源存储量减少引发的对人们生产生活的影响。风能发电、光伏发电等趋于饱和,导致弃电情况的出现,同时,随机性与不可控性给其发电并网带来极大的挑战。太阳能热发电技术是一种间接发电技术,集热设备通过汇聚吸收光辐射产生电能,先将光能集于蒸汽然后用于发电,由于热能的传递具有大延迟的特性,减轻了由于太阳光照间歇性带来的波动;作为一种新兴的可控型新能源利用形式,太阳能热发电弥补了光伏发电太阳能利用率随元件表面温度升高而降低的不足,同时高聚光比提升了能源利用率;此外,太阳能热发电系统可与燃气轮机联产系统等传统发电设备配合发电,减少了化石燃料的使用及设备成本的投入,而提高了调度灵活性与可靠性,提升了运行效率。当太阳能联产系统中负荷发生变动时,功率差值一般按各部分容量分配到各子模块进行系统调整。但联产系统中不同发电设备响应速度差异导致供能侧输出功率不能及时跟随负荷变化,增加了系统调节时间,甚至影响系统稳定运行。针对该问题,本文研究并提出针对太阳能热发电与燃气轮机组成的联产系统的惯性功率补偿优化控制新方法。本文通过对由太阳能热发电子系统和燃气轮机联合循环子系统组成的太阳能联产系统进行研究,分析其机理过程,建立动态模型;针对不同能源设备调节响应速度差异问题,提出惯性功率补偿方法,在恒定负荷、负荷波动及存在扰动等多种场景下,与无补偿、增益补偿下系统动态调节进行对比,验证了所提功率调节方法的有效性。在此基础上,对结构复杂、非线性的太阳能联产系统进行耦合分析,并利用小增益方法进行系统线性化,得到线性化多变量系统,设计混合H/H控制器,并应用智能算法进行惯性时间常数的优化,既能保证系统动态性能,又可维护系统鲁棒稳定性,提高控制器控制精度,提升系统动态性能。

关键词：太阳能联产系统惯性功率补偿热电耦合 H2/H∞控制灰狼算法

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