分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計與協(xié)調控制研究.pdf

1、能源是人類生存和發(fā)展的重要物質基礎，攸關國計民生和國家安全，亦是科技創(chuàng)新服務與應用的首要領域。但是，我國能源結構的不合理性以及偏低的能源利用效率帶來了許多環(huán)境和社會問題。分布式發(fā)電技術，有助于推動清潔能源和可再生能源的利用，提高能源利用效率，改善能源供應結構，保障能源供應安全可靠。但大規(guī)模分布式電源的接入，將使電力系統(tǒng)運行面臨許多新問題和挑戰(zhàn)。微網(wǎng)是整合各種分布式能源優(yōu)勢、削弱分布式發(fā)電對電網(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)電領域的研究熱點和重要發(fā)展方向。本文主要圍繞分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標優(yōu)化設計與協(xié)調控制開展研究工作，包括分布式電源的多目標規(guī)劃、微網(wǎng)容量的多目標優(yōu)化配置、微網(wǎng)的小信號建模分析與暫態(tài)仿真、微網(wǎng)協(xié)調控制及其優(yōu)化方法、含非線性與不平衡負載的微網(wǎng)協(xié)調控制，具體研究內容概括如下:
　　 針對多分布式電源低滲透率并網(wǎng)的規(guī)劃問題，構建了分布式電源投資和運行成本、系統(tǒng)有功網(wǎng)損和負荷節(jié)點電壓偏移均最小的優(yōu)化目標函數(shù)，提出了

3、集成實數(shù)編碼量子遺傳算法和多目標優(yōu)化策略的多目標混沌量子遺傳算法，用于解決多分布式電源接入IEEE30節(jié)點電網(wǎng)系統(tǒng)的多目標規(guī)劃問題。通過算法性能測試驗證了多目標混沌量子遺傳算法的先進性，并通過算例分析驗證了所提出的分布式電源規(guī)劃設計方法的有效性?；谙嚓P研究成果開發(fā)了軟件應用平臺。
　　 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，其容量配置問題是微網(wǎng)運行控制的前提。在分析各種分布式電源功率外特性的基礎上，考慮經(jīng)濟成本、供

4、電可靠性和環(huán)保效益對微網(wǎng)容量進行多目標優(yōu)化配置。結合混沌優(yōu)化技術和多目標遺傳算法，提出了混沌優(yōu)化多目標遺傳算法進行求解并通過算法性能測試驗證了其先進性。算例分析表明，優(yōu)化設計后的微網(wǎng)系統(tǒng)提高了供電可靠性，節(jié)省了經(jīng)濟成本，降低了環(huán)境污染。基于相關研究成果開發(fā)了軟件應用平臺。
　　 微網(wǎng)的穩(wěn)定機理和運行機理研究是微網(wǎng)運行控制的基礎。在建立包含分布式電源模型、電力網(wǎng)絡模型和負荷模型的微網(wǎng)全階小信號動態(tài)模型的基礎上，基于特征值法分析了控

5、制參數(shù)、線路阻抗和負荷對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的影響，揭示了微網(wǎng)的分層控制結構原理，為微網(wǎng)的拓撲結構和控制參數(shù)優(yōu)化設計奠定了理論基礎。基于MATLAB/SIMULINK搭建了微網(wǎng)的時域暫態(tài)仿真模型，進行了多種運行模式及模式切換的仿真，揭示了微網(wǎng)的運行機理，驗證了小信號建模分析的準確性。
　　 微網(wǎng)中分布式電源的協(xié)調控制問題是微網(wǎng)的核心關鍵問題之一。設計了微網(wǎng)的協(xié)調控制策略并基于微網(wǎng)的小信號動態(tài)模型，分析了影響微網(wǎng)運行特性的主要控制參

6、數(shù)及其優(yōu)化取值域。通過專業(yè)暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC搭建微網(wǎng)時域仿真模型并進行數(shù)據(jù)采集，精確構建了涉及微網(wǎng)多種運行模式及模式切換動態(tài)過程的優(yōu)化控制目標函數(shù)?；谛∩尺z傳算法優(yōu)化微網(wǎng)協(xié)調控制策略的主要參數(shù)，并通過算例分析證明了，所提出微網(wǎng)協(xié)調控制及其優(yōu)化方法有效提高了微網(wǎng)在不同運行模式下以及模式切換過程中的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)性能。
　　 微網(wǎng)的電能質量直接關系到微網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟運行?？紤]微網(wǎng)中的非線性與不平衡負載的影響，基于

7、比例積分諧振控制器設計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載電流諧波控制策略，以實現(xiàn)不同的電能質量控制目標。根據(jù)不同運行模式下的電能質量要求，提出了含非線性和不平衡負載的微網(wǎng)協(xié)調控制策略，協(xié)調分布式電源采用相應的本地控制策略，既保證了微網(wǎng)母線以及注入大電網(wǎng)的電能質量，又確保了微網(wǎng)的經(jīng)濟運行和平滑切換。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點突出體現(xiàn)在:
　　 (1)開發(fā)了多目標混沌量子遺傳算法和

8、混沌優(yōu)化多目標遺傳算法，解決了分布式電源多目標規(guī)劃問題和微網(wǎng)容量的多目標配置問題，克服了單目標優(yōu)化算法運行效率低和加權求解盲目性的缺陷，真正意義上實現(xiàn)了分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計。其中，微網(wǎng)的多目標優(yōu)化設計還首次計及了冷熱電聯(lián)合供能系統(tǒng)的容量配置問題。
　　 (2)建立了具有普遍適用性、可任意擴展的微網(wǎng)全階小信號動態(tài)模型，并分析了控制參數(shù)、線路阻抗和負荷對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的影響，結合微網(wǎng)多種運行模式及模式切換的時域暫態(tài)

9、仿真揭示了微網(wǎng)的穩(wěn)定機理和運行機理。
　　 (3)改進了微網(wǎng)的協(xié)調控制策略，將小信號動態(tài)模型分析、時域暫態(tài)仿真、人工智能算法優(yōu)化三者有機結合，為有效提高微網(wǎng)多種運行模式以及模式切換過程中的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)性能開辟了新的途徑。
　　 (4)提出了含非線性和不平衡負載的微網(wǎng)新型協(xié)調控制策略，在基頻段保證DG的有效出力，在高頻段進行諧波治理，且二者相互解耦，既保證了微網(wǎng)母線以及注入大電網(wǎng)的電能質量滿足IEEE標準要求，又確保了微