基于半马尔科夫链的PV-FC-BS混合系统模型预测控制方法研究

发布时间：2019-07-29 20:10

【摘要】：光伏-燃料电池-蓄电池(Photovoltaic-Fuel Cell-Battery System,PV-FCBS)混合系统因能有效解决光伏输出功率间歇性、波动性问题而得到广泛关注。准确预测光伏输出功率间歇随机性,克服各构成单元利用局限性同时实现各单元间的能量高效管理成为PV-FC-BS应用推广,有利于设计出更高效储能元件控制策略以及优化确定性调度,进而更好地平滑光伏发电的波动。针对PV组件的工作原理与输出特性,确定PV输出功率参考轨迹,建立PV输出功率概率统计模型,为后续建立半马尔科夫离散随机过程模型做数学准备。针对混合系统各组件功率特性,建立PV-FC-BS的动态功率流动模型,以及不同运行模式下的混合系统发电模型,分别构成模型预测控制的控制系数矩阵中的分块矩阵,以及混合系统全状态模型预测能量管理优化策略的预测模型。针对PV输出功率具有半马尔科夫特性,基于半马尔科夫离散随机过程,建立PV输出功率概率模型,较快响应PV输出功率突变,更加准确描述PV输出功率的间歇随机性,根据所确定的PV输出功率参考轨迹,针对实时预测误差提出修正方案,实现PV输出功率的滚动预测,保证PV输出功率预测的准确性和响应光伏出力突变的快速性。针对传统能量管理策略中,工作模式转换使系统在预测模型切换过程中稳定性难以保证的问题,提出新型BS充放电约束条件,构建全状态多输入多输出动态功率交换预测模型。通过将能量管理问题转化为控制优化问题,减小算法复杂度且避免模式切换影响,设计动态预测模型滚动寻优方法,实现PV-FC-BS混合系统能量最优分配。同时考虑BS使用寿命和充放电效率,提出BS参数自适应估计算法,提高能量调度准确性。在MATLAB环境下分别对光伏半马尔科夫链预测准确性、PV-FC-BS混合系统全状态模型预测能量管理优化策略进行对比仿真验证,结果表明:所提出的光伏预测方法准确度高,针对气象因素引起的光伏输出功率突变具有较快的响应能力;所提出的策略优化计算量小,能量分配准确,不同应用情形适应性强,可以实现协同控制和调度,储能元件控制策略更高效,优化调度具有更高准确性。
【图文】：

绪论1 绪论飞速增长使得能源的消耗量越来越大，而目前大量化日益严重的破坏。人口的增长使得人们不得不开始寻益增长的需求[1-2]。如图 1-1 所示，当前温室气体的主，发电产生的二氧化碳的含量为所有温室气体中的 38题与环境问题的根本便在于发电能源结构的改革。如比重，就可以显著地减少温室气体的排放，从而改进

基于半马尔科夫链的PV-FC-BS混合系统模型预测控制方法研究

图 1-2 2011-2016 年我国光伏装机容量统计(单位：GW)我国光伏发电产业在过去的十年中得到了蓬勃发展[15-16]，如图 1-2 所示，分布电系统的并网渗透率不断提高，对发展清洁能源、节能减排以及可持续发展促进作用。然而，云团遮阴导致的辐照度变化、环境温度骤变等因素，导致出力具有间歇性、随机性，直接影响到光伏并网系统的电压稳定和功率平衡起光伏发电系统不可靠、不可控，尤其随着大电网中分布式光伏系统渗透率，这种问题显得更为严重[17-20]。采用含光伏发电的混合供电系统合理优化调度，成为改善光伏发电输出特性统供电质量及电网安全稳定性的有效手段[21-24]。燃料电池可以提供稳定速率率，具有低污染气体排放、高效率和灵活的模块化结构等优点，被广泛应用电[25]，受内部缓慢电化学和热力学响应限制，不能快速响应负载瞬变[26-30]。双向流动且高功率密度的蓄电池可为光伏和燃料电池提供缓冲，，可见光伏、和蓄电池在性能上有较强的互补性[31-33]，光伏-燃料电池-蓄电池(PhotovoltaBattery System, PV-FC-BS)混合系统因能有效解决光伏输出功率间歇性、波动得到广泛关注[34-35]。为了平衡光伏输出功率，进行光伏输出功率随机波动性
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM61;TM73

【参考文献】