微电网有功功率有限时间动态调度与控制策略研究

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为满足快速增长的电力需求,微电网这一灵活、高效、清洁的小型供电系统受到了人们的广泛关注。但新能源发电出力的间歇性、波动性以及负载需求的随机性也给微电网的稳定运行带来了新的挑战,针对以上问题本文提出一种双层控制结构的微电网有功功率动态调度与控制策略,上层动态经济调度算法实现发电单元最优参考值的计算,下层控制策略实现发电单元的输出功率跟踪最优参考值。针对微电网动态经济调度问题,结合预测校正内点法和拉格朗日乘子法提出一种有限时间动态经济调度算法,在满足微电网系统供需动态平衡和功率约束的条件下,计算出每个发电单元的最优有功功率参考值;针对功率优化控制问题,提出一种有限时间控制策略使得发电单元的有功功率输出跟踪上最优有功功率参考值。主要研究工作如下:首先,根据发电单元特性和微电网运行特点,建立以微电网系统发电总成本最小为目标并结合微电网系统约束的动态经济调度模型,并针对有功功率优化控制建立了以LCL型三相逆变器为接口的微电网功率控制模型。其次,针对供需动态平衡约束下的经济调度问题,结合拉格朗日乘子法和预测校正内点法,将最优有功功率参考值的计算问题转化为最优有功功率参考值跟踪问题,提出一种有限时间收敛的动态经济调度算法,通过拉格朗日乘子法将目标函数转化为无约束经济调度问题,并通过预测校正内点法实现算法的精确收敛。针对同时含有供需动态平衡约束和功率约束下的经济调度问题,通过引入障碍函数和松弛函数将不等式约束纳入经济调度的目标函数中,并采用无限逼近的方法对目标函数进行求解,所提出的算法能够在有限时间内计算出最优有功功率参考值。通过Lyapunov稳定性理论对所提出的算法进行理论分析和证明,最后通过Matlab案例仿真验证了所提出算法的有效性。最后,针对微电网有功功率优化控制问题,基于微电网动态经济调度所得到的最优有功功率参考值,并根据微电网功率优化控制模型,将发电单元的输出功率控制转化为输出电流跟踪控制,结合滑模控制理论和有限时间稳定性理论,提出一种滑模控制策略,控制发电单元的实际有功功率输出跟踪上最优有功功率参考值,实现发电单元的有功功率优化控制。通过Lyapunov稳定性理论证明所设计控制器的稳定性,Matlab/Simulink案例仿真验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。
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