不确定性环境下的智能微网建模及稳定性分析
发布时间：2021-08-18 11:29
全球范围内的能源危机与环境污染问题不断加剧,迫使人们寻找更绿色清洁的能源来代替传统能源发电。可再生能源发电具有发电成本低、绿色环保等优点,因此受到人们的青睐。在此背景下,以风电、光伏等供电为主的智能微网系统也凭借自身可靠性、灵活性等诸多优势发展为电力系统领域的重要研究方向。但风电、光伏等可再生能源发电受环境因素的影响,具有波动性和间歇性等不确定的特点,因此它们的接入给智能微网的运行规划带来了新的挑战。本文以智能微网作为研究对象,对其控制及系统稳定性进行了研究,主要内容如下:首先,本文以智能微网在国内外的研究现状为出发点,分析研究有关智能微网技术的发展趋势及存在的主要问题,针对分布式发电系统的特点,给出了并离网光伏发电系统其拓扑结构,建立了其核心器件光伏电池与风能双馈感应发电机的相关数学模型,进一步分析了光伏和风力发电的不确定性对系统带来的影响。其次,本文给出一种简单有效的控制策略来控制具有不确定性的智能微网系统。基于包含有不确定性的智能微网系统模型,利用卡尔曼滤波算法来求解离散代数Riccati方程,同步递归估计系统的状态向量,实现包含不确定性智能微网系统的协调控制,改善了系统不确定性...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于传统控制和状态观测器的动态响应比较
全日制工程硕士学位论文27图3.2基于传统控制和状态观测器的动态响应比较图3.2展示了DER单元在常规下垂控制条件下的用虚线表示的动态响应和在状态反馈作用下多变量控制的用实线表示的动态响应，在开关闭合(t=0.7s)时刻，变量受到了明显的扰动，产生电流偏差从而来恢复其电压及频率。可以看出，状态反馈作用下频率和电压的动态和稳态的偏差都是很明显的，因此，我们所提出的控制对所有变量都表现出良好的阻尼响应，电压的暂态响应也有着很大程度上的改善。图3.3孤岛模式到并网模式的瞬态响应微网的所有子网均以孤岛模式开始（即所有开关均断开），此时每个子网由其相应的DER单元供电，当t=2.2s时开关闭合，系统切换至并网模式，其流过总线的电压和通过开关的电流如图3.3所示，可以看出在并网运行模式运行过程中，电压幅度和主电网电压基本持平，这表明电压几乎由主电网所决定，因此证实了所提出方法的可行性。
全日制工程硕士学位论文35的特征值决定了式(4.19)的稳定性。备注2：本文给出的随机稳定性分析方法适用于输入和输出数量较大的系统。当系统的输入和输出数量较少时，可以根据文献[61]中的稳定性标准来计算满足系统稳定性的条件。4.3仿真分析选择如图4.3所示的一个较为简单的两区四机研究系统，该系统具有真实的结构和系统参数的实用性[62]。系统由两个弱传输通道连接的区域组成，为了增强传输能力，需要动态控制TCSC(Thyristorcontrolledseriescapacitor)的补偿比例，将TCSC的百分比补偿设置为10%，最大限制和最小限制分别设置为50%和1%。G1G2G3156789101113TCSC2G44Area1Area2图4.3两区四机测试系统我们将输入和输出信号路径中的丢包过程可建模为伯努利过程，由于控制器需要在0.2-1.0Hz范围内对系统进行观测，因此根据奈奎斯特香农采样定理，允许的最大采样周期为0.5s，这个采样周期的上限也是对数据包平均时延的阈值要求，如果平均时延超过上限则丢包率就会非常高，网络将无法支持系统的通信需求。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真，正常操作条件下，区域1到区域2的功率流量设定为400MW。图4.4G1的转子响应假设在一个理想（无延迟、无损坏）的通信网络（PDP=1）运行情况，得到其转子的响应如图4.4所示，轻微阻尼振荡在10-12s内稳定，这表明网络化控制器在无丢包率的情况下可以在更短的时间抑制振荡，因此验证了系统的鲁棒性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑系统延时的微电网有功功率分布式控制策略[J]. 邓思成,陈来军,郑天文,杨立滨,梅生伟. 电网技术. 2019(05)
[2]分布式光伏/储能系统多运行模式协调控制策略[J]. 杨子龙,宋振浩,潘静,陈卓,王一波. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]分布式可再生能源发电集群并网消纳关键技术及工程实践[J]. 盛万兴,吴鸣,季宇,寇凌峰,潘静,施海峰,牛耕,王中冠. 中国电机工程学报. 2019(08)
[4]一种基于改进锁相环的并离网平滑切换策略[J]. 孟鑫,刘进军,刘增,安荣汇. 电力电子技术. 2018(10)
[5]能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相,黄彦浩,马士聪,赵强. 中国电机工程学报. 2018(07)
[6]风光储系统储能容量优化配置策略[J]. 李建林,郭斌琪,牛萌,修晓青,田立亭. 电工技术学报. 2018(06)
[7]考虑需求侧管理的光伏微电网多目标优化调度方法[J]. 禹威威,刘世林,陈其工,张春. 太阳能学报. 2017(11)
[8]基于卡尔曼滤波的微电网同步并网研究[J]. 王建平,郑成强,徐晓冰,穆道明,秦晓佳,李冰,孙伟,王钦. 电子测量与仪器学报. 2017(05)
[9]微网蓄电池储能系统滤波及并网控制策略[J]. 曾祥军,李凤婷,路亮,王一波. 电力自动化设备. 2017(04)
[10]交直流混合微电网接入分布式新能源的关键技术研究综述[J]. 郭雅娟,陈锦铭,何红玉,吴倩红,韩蓓,李国杰. 电力建设. 2017(03)
博士论文
[1]智能电网中通信网络可靠性保障技术的研究[D]. 邢宁哲.北京交通大学 2017
[2]虚拟同步发电机（VSG）广义惯性与无功均分控制策略研究[D]. 徐海珍.合肥工业大学 2017
[3]含分布式电源的综合负荷建模方法研究[D]. 马亚辉.湖南大学 2013
硕士论文
[1]风电并网的谐波抑制与动态无功补偿研究[D]. 易继泽.上海电机学院 2019
[2]中国能源供需预测模型及电能替代对策研究[D]. 何悦.北京交通大学 2018
[3]基于多Agent系统的微电网分布式网络化控制研究[D]. 彭琮波.重庆大学 2017
[4]微电网运行与控制策略研究[D]. 陈利科.东北大学 2014
[5]微电网中分布式电源以及大功率电力电子器件的控制与改进[D]. 池海涛.上海交通大学 2010
本文编号：3349808
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于传统控制和状态观测器的动态响应比较
全日制工程硕士学位论文27图3.2基于传统控制和状态观测器的动态响应比较图3.2展示了DER单元在常规下垂控制条件下的用虚线表示的动态响应和在状态反馈作用下多变量控制的用实线表示的动态响应，在开关闭合(t=0.7s)时刻，变量受到了明显的扰动，产生电流偏差从而来恢复其电压及频率。可以看出，状态反馈作用下频率和电压的动态和稳态的偏差都是很明显的，因此，我们所提出的控制对所有变量都表现出良好的阻尼响应，电压的暂态响应也有着很大程度上的改善。图3.3孤岛模式到并网模式的瞬态响应微网的所有子网均以孤岛模式开始（即所有开关均断开），此时每个子网由其相应的DER单元供电，当t=2.2s时开关闭合，系统切换至并网模式，其流过总线的电压和通过开关的电流如图3.3所示，可以看出在并网运行模式运行过程中，电压幅度和主电网电压基本持平，这表明电压几乎由主电网所决定，因此证实了所提出方法的可行性。
全日制工程硕士学位论文35的特征值决定了式(4.19)的稳定性。备注2：本文给出的随机稳定性分析方法适用于输入和输出数量较大的系统。当系统的输入和输出数量较少时，可以根据文献[61]中的稳定性标准来计算满足系统稳定性的条件。4.3仿真分析选择如图4.3所示的一个较为简单的两区四机研究系统，该系统具有真实的结构和系统参数的实用性[62]。系统由两个弱传输通道连接的区域组成，为了增强传输能力，需要动态控制TCSC(Thyristorcontrolledseriescapacitor)的补偿比例，将TCSC的百分比补偿设置为10%，最大限制和最小限制分别设置为50%和1%。G1G2G3156789101113TCSC2G44Area1Area2图4.3两区四机测试系统我们将输入和输出信号路径中的丢包过程可建模为伯努利过程，由于控制器需要在0.2-1.0Hz范围内对系统进行观测，因此根据奈奎斯特香农采样定理，允许的最大采样周期为0.5s，这个采样周期的上限也是对数据包平均时延的阈值要求，如果平均时延超过上限则丢包率就会非常高，网络将无法支持系统的通信需求。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真，正常操作条件下，区域1到区域2的功率流量设定为400MW。图4.4G1的转子响应假设在一个理想（无延迟、无损坏）的通信网络（PDP=1）运行情况，得到其转子的响应如图4.4所示，轻微阻尼振荡在10-12s内稳定，这表明网络化控制器在无丢包率的情况下可以在更短的时间抑制振荡，因此验证了系统的鲁棒性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑系统延时的微电网有功功率分布式控制策略[J]. 邓思成,陈来军,郑天文,杨立滨,梅生伟. 电网技术. 2019(05)
[2]分布式光伏/储能系统多运行模式协调控制策略[J]. 杨子龙,宋振浩,潘静,陈卓,王一波. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]分布式可再生能源发电集群并网消纳关键技术及工程实践[J]. 盛万兴,吴鸣,季宇,寇凌峰,潘静,施海峰,牛耕,王中冠. 中国电机工程学报. 2019(08)
[4]一种基于改进锁相环的并离网平滑切换策略[J]. 孟鑫,刘进军,刘增,安荣汇. 电力电子技术. 2018(10)
[5]能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相,黄彦浩,马士聪,赵强. 中国电机工程学报. 2018(07)
[6]风光储系统储能容量优化配置策略[J]. 李建林,郭斌琪,牛萌,修晓青,田立亭. 电工技术学报. 2018(06)
[7]考虑需求侧管理的光伏微电网多目标优化调度方法[J]. 禹威威,刘世林,陈其工,张春. 太阳能学报. 2017(11)
[8]基于卡尔曼滤波的微电网同步并网研究[J]. 王建平,郑成强,徐晓冰,穆道明,秦晓佳,李冰,孙伟,王钦. 电子测量与仪器学报. 2017(05)
[9]微网蓄电池储能系统滤波及并网控制策略[J]. 曾祥军,李凤婷,路亮,王一波. 电力自动化设备. 2017(04)
[10]交直流混合微电网接入分布式新能源的关键技术研究综述[J]. 郭雅娟,陈锦铭,何红玉,吴倩红,韩蓓,李国杰. 电力建设. 2017(03)
博士论文
[1]智能电网中通信网络可靠性保障技术的研究[D]. 邢宁哲.北京交通大学 2017
[2]虚拟同步发电机（VSG）广义惯性与无功均分控制策略研究[D]. 徐海珍.合肥工业大学 2017
[3]含分布式电源的综合负荷建模方法研究[D]. 马亚辉.湖南大学 2013
硕士论文
[1]风电并网的谐波抑制与动态无功补偿研究[D]. 易继泽.上海电机学院 2019
[2]中国能源供需预测模型及电能替代对策研究[D]. 何悦.北京交通大学 2018
[3]基于多Agent系统的微电网分布式网络化控制研究[D]. 彭琮波.重庆大学 2017
[4]微电网运行与控制策略研究[D]. 陈利科.东北大学 2014
[5]微电网中分布式电源以及大功率电力电子器件的控制与改进[D]. 池海涛.上海交通大学 2010
本文编号：3349808
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