信物融合下孤岛微电网运行调控与能量管控策略研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:squllwu20090907
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在孤岛微电网中,借助信息技术实现微电网中终端互联,构建电力信息物理融合系统是重要的发展方向。其中,通信数据的应用提升了微电网系统的可观与可控性,也将有利于完成微电网运行调控和能量管控任务。但随着信息技术与物理系统的不断融合,在微电网中应用信息技术的同时,其也给物理电网带来了待解决的新难题。其中,突出体现在受到通信拥塞、通信扰动和传输中断等通信不确定问题影响下,孤岛微电网运行调控和能量管控面临如下挑战:1.基于信物融合的网络化与协同化特征,如何有效调控电源电压、频率和功率等物理量以提升系统运行稳定性?2.结合通信网络与通信数据,如何合理管控电源有功出力以提升系统运行经济性?为应对上述挑战,本文开展如下研究工作:(1)为提升孤岛微电网运行稳定性,针对通信拥塞和通信扰动影响下的调压调频问题,基于信息物理融合思想和事件触发手段,利用通信网络与通信数据构建分布式控制策略,以确保系统电压和频率稳定。首先,针对通信拥塞影响下的调压调频问题,以拥塞对一致性控制结果造成的偏差和一致性控制中的超调量作为两个触发条件,构建将极限学习机与模型预测相结合的预测补偿机制和虚拟领导者-跟随一致性控制器来应对该问题;其次,针对通信扰动影响下的调压调频问题,以通信扰动对一致性控制结果造成的偏差作为触发条件,构建基于滑模控制理论的一致性控制器来应对该问题;最后,通过仿真验证本文所提策略在拥塞和通信扰动影响下的稳压稳频效果。(2)为提升孤岛微电网运行稳定性,针对微电网中存在的无功功率分配不合理和环流问题,基于信息物理融合思想,利用通信网络与通信数据构建孤岛微电网无功分配和环流抑制策略,以提升系统运行稳定性。首先,针对系统中无功功率在电源间的合理分配问题,基于基尔霍夫定律和自适应方法,进行变阻抗设计,以实现无功功率按照电源间的容量比例匹配到各电源;其次,针对系统中存在的环流问题,研究构建电压/多源协同控制器,以减小各分布式电源输入至母线连接点的电压偏差,抑制系统环流;最后,通过仿真验证本文所提策略对于无功分配和环流抑制的效果。(3)为提升孤岛微电网运行经济性,针对通信中断影响下的分布式能量管控问题,基于信息物理融合思想,利用通信网络与通信数据构建孤岛微电网分布式能量管控策略。首先,针对微电网中有功功率分配问题,在考虑线损因素和边际成本一致的基础上进行变阻抗设计,通过对各电源分配最优出力,以降低系统总发电成本;进一步,针对信息层中终端间数据传输路径中断问题和信息层至物理层的指令下发路径中断问题,分别构建路径重构策略和基于滑模控制理论的卡尔曼滤波器,以提升通信可靠性并应对上述问题;在此基础上,研究微电网二次控制过程,并运用小信号模型理论分析二次控制器对系统运行状态的影响,以确保系统稳定运行;最后,通过仿真验证本文所提策略在通信中断影响下的分布式能量管控效果。(4)为提升孤岛微电网运行经济性,针对通信中断影响下的集中式能量管理问题,基于信息物理融合思想,利用通信网络与通信数据构建基于最优传输的源荷储能量管理策略,以确保在通信中断影响下完成集中式能量管理。首先,针对新能源出力预测问题,基于经验模态分解、极限学习机与模型预测理论,研究提出一类混合预测方法,以提升预测精度;其次,针对集中式能量管理系统与电源之间的通信路径中断问题,基于信息物理综合脆弱性评估和前景理论,提出最优传输策略,以应对该问题并提升通信可靠性;进一步,基于新能源出力预测数据和最优传输策略,构建集中式能量管理模型,并对其求解得到最优管理方案;最后,通过仿真验证本文所提策略在通信中断影响下的集中式能量管理效果。
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