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近年来,面对能源紧缺、环境污染、经济的快速发展,大量可再生分布式电源及储能设备的并网,用户侧负荷增长迅速,用户对供电可靠性、电能质量的要求越来越高。直流电网以其在分布式能源接入、增大输送容量、提高电能可靠性及供电质量等方面的显著优势得到越来越多的关注。为适应当前配电系统交流配网为主、直流配网逐渐发展的态势,构建适应现阶段的电力系统互联网络是实现能源互联网的重要一步。文中针对现阶段电网架构,围绕适应多电网互联、提高供电可靠性、实现能量管理运行总体目标,构建含有多个交直流电网、分布式电源、储能、柔性负荷在内的交直流多配电馈线柔性互联系统架构,同时针对该系统开展协调控制和能量管理研究,在协调控制方面包含基于直流母线电压的协调控制方法与改进协调控制方法,在能量管理方面包含日前优化调度和日内优化调度。论文主要研究工作总结如下:
(1)从现阶段电网特点出发,围绕多网互联、供电可靠、实现能量管理的总体目标,对交直流多配电馈线柔性互联系统进行构建,包括其功能架构、系统架构。针对系统整体拓扑及各部件拓扑进行分析、说明、设计,为之后交直流多配电馈线柔性互联系统研究与建设奠定了理论基础和技术框架。同时,围绕交直流多配电馈线柔性互联系统可靠性与经济性要求,结合多代理控制自主性及可交流性等优势,提出适用于交直流多配电馈线柔性互联系统的基于多时间尺度的多代理分层控制,将系统控制划分为能量管理层、协调优化层、底层控制层三个不同时间尺度、不同控制目标的层面,以实现系统的能量管理与协调控制。
(2)以实现交直流多配电馈线柔性互联系统稳定性、可靠性为目标,结合分段下垂控制理论,提出一种基于直流母线电压的协调控制策略,将直流母线电压划分为不同区间,在不同电压区间各功率变换单元具有不同的控制策略,各功率变换单元可以通过检测本地直流电压信号进行模态切换。并以一典型交直流多配电馈线柔性互联系统为例,对其中所提协调控制策略进行仿真,仿真涵盖所有模态。分析仿真结果表明本策略能够实现交直流多配电馈线柔性互联系统中各单元的协调控制。其次,针对于上述控制方式中存在的下垂控制调节性能不足及直流母线电压偏差问题,分别提出了以剩余功率裕度为判据的自适应下垂控制及以补偿直流母线电压偏移为目的的二次调压策略,并通过仿真分析验证上述策略能够增强系统调节能力及补偿直流母线电压。
(3)以实现交直流多配电馈线柔性互联系统的能量管理为目标,考虑光伏发电、负荷预测的误差,提出了两阶段的能量管理策略。通过综合考虑电网的电价成本、各设备的发电成本、储能系统的充放电循环寿命、需求侧管理、系统整体及各功率源相关约束,建立交直流多配电馈线柔性互联系统的能量管理模型。模型分为日前优化及日内优化。日前优化以综合成本最低为目标,输出各功率源输出参考值及负荷侧管理方案。日内优化继承需求侧管理策略,以综合成本最低及与日前优化参考值偏差最小为目标,输出各功率源输出指令值。在Matlab工作环境中建立相关模型,采用Gurobi求解器进行求解,验证本能量管理策略的有效性。
(1)从现阶段电网特点出发,围绕多网互联、供电可靠、实现能量管理的总体目标,对交直流多配电馈线柔性互联系统进行构建,包括其功能架构、系统架构。针对系统整体拓扑及各部件拓扑进行分析、说明、设计,为之后交直流多配电馈线柔性互联系统研究与建设奠定了理论基础和技术框架。同时,围绕交直流多配电馈线柔性互联系统可靠性与经济性要求,结合多代理控制自主性及可交流性等优势,提出适用于交直流多配电馈线柔性互联系统的基于多时间尺度的多代理分层控制,将系统控制划分为能量管理层、协调优化层、底层控制层三个不同时间尺度、不同控制目标的层面,以实现系统的能量管理与协调控制。
(2)以实现交直流多配电馈线柔性互联系统稳定性、可靠性为目标,结合分段下垂控制理论,提出一种基于直流母线电压的协调控制策略,将直流母线电压划分为不同区间,在不同电压区间各功率变换单元具有不同的控制策略,各功率变换单元可以通过检测本地直流电压信号进行模态切换。并以一典型交直流多配电馈线柔性互联系统为例,对其中所提协调控制策略进行仿真,仿真涵盖所有模态。分析仿真结果表明本策略能够实现交直流多配电馈线柔性互联系统中各单元的协调控制。其次,针对于上述控制方式中存在的下垂控制调节性能不足及直流母线电压偏差问题,分别提出了以剩余功率裕度为判据的自适应下垂控制及以补偿直流母线电压偏移为目的的二次调压策略,并通过仿真分析验证上述策略能够增强系统调节能力及补偿直流母线电压。
(3)以实现交直流多配电馈线柔性互联系统的能量管理为目标,考虑光伏发电、负荷预测的误差,提出了两阶段的能量管理策略。通过综合考虑电网的电价成本、各设备的发电成本、储能系统的充放电循环寿命、需求侧管理、系统整体及各功率源相关约束,建立交直流多配电馈线柔性互联系统的能量管理模型。模型分为日前优化及日内优化。日前优化以综合成本最低为目标,输出各功率源输出参考值及负荷侧管理方案。日内优化继承需求侧管理策略,以综合成本最低及与日前优化参考值偏差最小为目标,输出各功率源输出指令值。在Matlab工作环境中建立相关模型,采用Gurobi求解器进行求解,验证本能量管理策略的有效性。