分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，攸關(guān)國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全，亦是科技創(chuàng)新服務(wù)與應(yīng)用的首要領(lǐng)域。但是，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不合理性以及偏低的能源利用效率帶來(lái)了許多環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。分布式發(fā)電技術(shù)，有助于推動(dòng)清潔能源和可再生能源的利用，提高能源利用效率，改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，保障能源供應(yīng)安全可靠。但大規(guī)模分布式電源的接入，將使電力系統(tǒng)運(yùn)行面臨許多新問(wèn)題和挑戰(zhàn)。微網(wǎng)是整合各種分布式能源優(yōu)勢(shì)、削弱分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的不利影響、充分挖掘分布式發(fā)電綜合效益的有效

2、方式，已成為分布式發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重要發(fā)展方向。本文主要圍繞分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)控制開(kāi)展研究工作，包括分布式電源的多目標(biāo)規(guī)劃、微網(wǎng)容量的多目標(biāo)優(yōu)化配置、微網(wǎng)的小信號(hào)建模分析與暫態(tài)仿真、微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制及其優(yōu)化方法、含非線(xiàn)性與不平衡負(fù)載的微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制，具體研究?jī)?nèi)容概括如下:
　　 針對(duì)多分布式電源低滲透率并網(wǎng)的規(guī)劃問(wèn)題，構(gòu)建了分布式電源投資和運(yùn)行成本、系統(tǒng)有功網(wǎng)損和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓偏移均最小的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，提出了

3、集成實(shí)數(shù)編碼量子遺傳算法和多目標(biāo)優(yōu)化策略的多目標(biāo)混沌量子遺傳算法，用于解決多分布式電源接入IEEE30節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題。通過(guò)算法性能測(cè)試驗(yàn)證了多目標(biāo)混沌量子遺傳算法的先進(jìn)性，并通過(guò)算例分析驗(yàn)證了所提出的分布式電源規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的有效性?；谙嚓P(guān)研究成果開(kāi)發(fā)了軟件應(yīng)用平臺(tái)。
　　 微網(wǎng)作為分布式電源高滲透率并網(wǎng)的高效能量組織形式，其容量配置問(wèn)題是微網(wǎng)運(yùn)行控制的前提。在分析各種分布式電源功率外特性的基礎(chǔ)上，考慮經(jīng)濟(jì)成本、供

4、電可靠性和環(huán)保效益對(duì)微網(wǎng)容量進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化配置。結(jié)合混沌優(yōu)化技術(shù)和多目標(biāo)遺傳算法，提出了混沌優(yōu)化多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行求解并通過(guò)算法性能測(cè)試驗(yàn)證了其先進(jìn)性。算例分析表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的微網(wǎng)系統(tǒng)提高了供電可靠性，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，降低了環(huán)境污染?；谙嚓P(guān)研究成果開(kāi)發(fā)了軟件應(yīng)用平臺(tái)。
　　 微網(wǎng)的穩(wěn)定機(jī)理和運(yùn)行機(jī)理研究是微網(wǎng)運(yùn)行控制的基礎(chǔ)。在建立包含分布式電源模型、電力網(wǎng)絡(luò)模型和負(fù)荷模型的微網(wǎng)全階小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，基于特征值法分析了控

5、制參數(shù)、線(xiàn)路阻抗和負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響，揭示了微網(wǎng)的分層控制結(jié)構(gòu)原理，為微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。基于MATLAB/SIMULINK搭建了微網(wǎng)的時(shí)域暫態(tài)仿真模型，進(jìn)行了多種運(yùn)行模式及模式切換的仿真，揭示了微網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)理，驗(yàn)證了小信號(hào)建模分析的準(zhǔn)確性。
　　 微網(wǎng)中分布式電源的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題是微網(wǎng)的核心關(guān)鍵問(wèn)題之一。設(shè)計(jì)了微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略并基于微網(wǎng)的小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型，分析了影響微網(wǎng)運(yùn)行特性的主要控制參

6、數(shù)及其優(yōu)化取值域。通過(guò)專(zhuān)業(yè)暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC搭建微網(wǎng)時(shí)域仿真模型并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，精確構(gòu)建了涉及微網(wǎng)多種運(yùn)行模式及模式切換動(dòng)態(tài)過(guò)程的優(yōu)化控制目標(biāo)函數(shù)。基于小生境遺傳算法優(yōu)化微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略的主要參數(shù)，并通過(guò)算例分析證明了，所提出微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制及其優(yōu)化方法有效提高了微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下以及模式切換過(guò)程中的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)性能。
　　 微網(wǎng)的電能質(zhì)量直接關(guān)系到微網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?？紤]微網(wǎng)中的非線(xiàn)性與不平衡負(fù)載的影響，基于

7、比例積分諧振控制器設(shè)計(jì)了三種分布式電源本地控制策略:輸出電壓諧波控制策略、輸出電流諧波控制策略和負(fù)載電流諧波控制策略，以實(shí)現(xiàn)不同的電能質(zhì)量控制目標(biāo)。根據(jù)不同運(yùn)行模式下的電能質(zhì)量要求，提出了含非線(xiàn)性和不平衡負(fù)載的微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略，協(xié)調(diào)分布式電源采用相應(yīng)的本地控制策略，既保證了微網(wǎng)母線(xiàn)以及注入大電網(wǎng)的電能質(zhì)量，又確保了微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和平滑切換。
　　 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)突出體現(xiàn)在:
　　 (1)開(kāi)發(fā)了多目標(biāo)混沌量子遺傳算法和

8、混沌優(yōu)化多目標(biāo)遺傳算法，解決了分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題和微網(wǎng)容量的多目標(biāo)配置問(wèn)題，克服了單目標(biāo)優(yōu)化算法運(yùn)行效率低和加權(quán)求解盲目性的缺陷，真正意義上實(shí)現(xiàn)了分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，微網(wǎng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)還首次計(jì)及了冷熱電聯(lián)合供能系統(tǒng)的容量配置問(wèn)題。
　　 (2)建立了具有普遍適用性、可任意擴(kuò)展的微網(wǎng)全階小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型，并分析了控制參數(shù)、線(xiàn)路阻抗和負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響，結(jié)合微網(wǎng)多種運(yùn)行模式及模式切換的時(shí)域暫態(tài)

9、仿真揭示了微網(wǎng)的穩(wěn)定機(jī)理和運(yùn)行機(jī)理。
　　 (3)改進(jìn)了微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略，將小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型分析、時(shí)域暫態(tài)仿真、人工智能算法優(yōu)化三者有機(jī)結(jié)合，為有效提高微網(wǎng)多種運(yùn)行模式以及模式切換過(guò)程中的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)性能開(kāi)辟了新的途徑。
　　 (4)提出了含非線(xiàn)性和不平衡負(fù)載的微網(wǎng)新型協(xié)調(diào)控制策略，在基頻段保證DG的有效出力，在高頻段進(jìn)行諧波治理，且二者相互解耦，既保證了微網(wǎng)母線(xiàn)以及注入大電網(wǎng)的電能質(zhì)量滿(mǎn)足IEEE標(biāo)準(zhǔn)要求，又確保了微