含电动汽车的微电网分布式预测控制研究

发布时间：2020-04-01 03:31

【摘要】：近年来,随着全球经济的迅猛发展,环境污染和能源紧缺问题也日益严重。节约资源和保护环境已经是当今时代的重要主题之一。具有高效率、无污染、低噪声等一系列优点的电动汽车(Electric Vehicle,EV)被认为是节能减排的最佳选择之一。调查研究表明,在不久的将来电动汽车会取代传统汽车成为人们的主要出行方式之一。大规模电动汽车接入电网,对电网的安全稳定运行来说既是机遇又是挑战。电动汽车接入电网(Vehicle to Grid,V2G)技术的发展,则为维护电力系统频率稳定提供了新的思路,即利用电动汽车的“源-荷”双重特性来实现快速消除由于负荷扰动所导致的微电网频率波动,从而提高供电质量。因此,本文对含电动汽车的微电网负荷频率控制问题展开深入研究。首先,本文对柴油发电机组和电动汽车的调频特性进行分析,根据其动态特性基于MATLAB/simulink建立了含电动汽车的微电网负荷频率控制模型。然后,分别采用传统PID控制算法和模型预测控制算法对电动汽车接入微电网提供调频服务的可行性进行研究,仿真结果表明,电动汽车利用其“源-荷”双重特性,可以实现快速调节系统频率稳定,且模型预测控制在解决含电动汽车的微电网负荷频率控制问题上更具适用性。其次,针对越来越多的微电网通过联络线与邻近微电网组成多区域互联微电网的问题,根据本文所研究的含电动汽车的单区域微电网系统模型推导出含电动汽车的三区域互联微电网负荷频率控制模型。同时,为证明电动汽车通过V2G技术接入微电网提供辅助调频具有广泛地适用性,我们还将风力发电单元接到微电网模型中。最后,由于含电动汽车的三区域互联微电网系统模型复杂,且各区域在地理上具有一定的分布性,所以本文采用了分布式模型预测控制算法来解决此问题。仿真结果表明,在系统受到负荷阶跃扰动时,本文所设计的分布式模型预测控制器能合理地分配各子系统的输出,快速消除系统频率波动,为用户提供高质量电力的同时也延长了设备的使用寿命。
【图文】：

石油,百万吨,产量预测,消费量

由于能源需求持续增长以及化石燃料不断燃烧所带来的能源紧缺、温室效应、环境逡逑污染等一系列问题。以石油为例，从２０１７年^u始我国每年的石油消耗量超过６亿逡逑吨，而且超过６５％的石油消耗需要依靠国外进Ｉ］，如图１－１所示。逡逑８００逦７２１逦７＾４逡逑７００邋逦邋６５７逦ＩＨＩ邋逦逦逡逑６０８逡逑６００逦逡逑４００邋－Ｉ逦■逦＾逦■逦■——逡逑ｉ邋ｉ邋■邋ｊ逡逑２０１５逦２０１７逦２０２０Ｅ逦２０２５Ｅ逦２０３０Ｅ逡逑＿石油消赛垦■国内产垦逡逑图１－１邋２０１５年－２０３０年我国石油消费量及产量预测（百万吨）逡逑据相关调查显示，交通运输行业的消耗量超过石油年消耗量的百分之五十，而逡逑柴油汽车的使用过程中所排放出的尾气中包含了大量的有害气体，因此柴油汽车是逡逑Ｉ逡逑

模型预测控制,分散式,结构示意图

还具有模型预测控制滚动优化、滚动实施的优点，己经被广泛应用于复杂、高维的逡逑大规模系统控制中。分布式模型预测控制策略往往是将整个复杂系统分为若干个相逡逑互关联耦合的子系统，分别实施寻优求解。集中式模型预测控制（如图２－２所示），逡逑整个系统通过一个控制器来实现寻优求解，其控制结构特点就决定了在求解优化问逡逑题的过程中需要承担巨大的计算负担。除此之外，当系统的某一部分或者某几部分逡逑出现故障时，集中式模型预测控制往往会失效。考虑到上述难题，越来越多的工业逡逑生产过程开始转向分散式模型预测控制（如图２－３所示），分散式控制系统的基本逡逑思想是将整个系统分解成若干个维度较小的子系统，并通过若干个独立的控制器来逡逑实现对各个子系统的优化控制，各个控制器之间没有信息交换，这种结构特点具有逡逑一个显著的缺点，就是在寻优过程中得到的可能是局部最优而不是全局最优。逡逑ｃｅｎｔ－ＭＰＣ逡逑｜邋ｊ逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.8;TM73

【相似文献】