并网运行模式下微电网群分布式协调控制策略研究

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微电网群将地理位置毗邻的微电网、分布式发电和储能装置互联接入中低压配电系统,是进一步提高分布式新能源发电渗透率,促进微电网技术发展的重要形式。不同于单个微电网,微电网群结构复杂,运行过程中受控制量维数、预测数据精度等限制,微电网群协调控制在分布式微源功率优化、功率平衡、系统经济运行优化及电压稳定控制等方面存在较大挑战。为此,论文从设备级到系统级、常规模式到应急模式两个维度,针对并网运行模式下微电网群协调控制技术进行系统研究,对微电网群安全可靠经济运行具有重要理论意义和工程应用价值。论文主要工作如下:(1)针对微电网群中分布式风力发电出力波动性问题,提出了兼顾过渡区间功率平滑的风力发电全风速模型预测控制策略。建立涵盖系统轻载和满载区间全风速工况的状态空间方程和目标函数,设计具有回环特性的控制器平滑切换策略,在保证轻载/满载区间多目标控制的前提下,有效抑制了额定风速附近过渡区间的功率波动性。此外,归纳了光伏发电控制和储能两阶段充电模式,通过引入二进制标志位实现电池储能恒压和限流两阶段充电控制,为系统级协调控制奠定基础。(2)提出考虑储能运行模式的微电网群分层功率优化控制策略,以保护电池健康并消除新能源发电和负载预测误差引起的功率不平衡问题,确保系统安全稳定运行。通过引入描述电池储能限流和恒压模式的整形变量,构建系统数学模型和约束方程,并基于混合整形规划方法对静态优化问题进行求解;设计分布式功率补偿策略动态抵消预测误差引起的功率不平衡。该策略减小了控制器计算负担,计算速度比对比方法提高了4倍。(3)提出采用虚拟分层的微电网群经济运行分布式协调控制策略,简化功率变量求解复杂度的同时,对微电网群整体经济运行成本进行滚动优化。首先基于通用微电网群架构设计虚拟分层策略,构建微电网群分布式模型预测控制框架,降低功率交换复杂度。通过对子系统进行建模,建立微电网局部模型预测控制器和全局共享成本目标函数,引入分布式对数障碍法对该优化问题进行迭代求解。该策略即可近似得到集中式经济优化的整体最优解,又能克服传统滚动优化计算时间过长的不足。(4)应急模式下,兼顾各子系统可调度资源配比和空间位置,提出基于分布式功率协作的微电网群电压稳定控制策略。首先构建微电网群电压两级控制架构,并基于牛顿-拉夫逊法建立了微电网群母线电压动态方程。其次定义了微电网可调度资源配比,设计基于可调度资源配比的电压协调控制策略。各微电网根据自身内部可调度资源配比和空间距离,通过求解母线电压动态方程确定其有功和无功功率增量对电压调节的贡献度。该策略在保证电压快速恢复至安全区间的同时,兼顾了各子微电网的“量力而行”原则。
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