在通信延时情况下的微电网分布式协同控制研究文献综述

 2023-08-11 10:13:55
  1. 选题背景和意义:

电力作为最清洁便利的能源形式,是国民经济发展的命脉,而传统的化石燃料是不可再生的,终究会走向枯竭。提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用,是各国解决经济发展和坏境保护矛盾的必然选择。

当前,国际上已将更多目光投向了即可提高传统能源效率又能充分利用各种可再生能源的分布式发电相关技术。所谓分布式发电,是指利用各种分散的能源进行发电供能的技术,这种技术,有助于充分利用各地丰富的清洁能源,是“节能减排”的重要举措。然而,日益增多的各种分布式电源并网发电对电力系统的运行也提出了新的挑战。在低压配电系统中,当分布式电源容量达到较高比例时,要实现配电的功率平衡与可靠运行,常规配电系统的结构及运行策略并不能很好的适应分布式电源大规模接入的要求。于是,我们建立微电网以减少过多分布式电源接入电网而对电网产生不利影响,实现分布式电源灵活、高效应用。

分布式控制基于局部信息交互实现类全局信息共享,缓解了计算复杂性,并提高了系统可靠性,成为微电网控制的研究热点。随着无线通信技术的发展,分布式通信当中不可避免的引入通信延时,这些延时主要由控制器的本地控制延时和通信线路的通信延时而产生。由于网络传输时延的影响,所产生的参考电压的量值和相位都会发生变化,而通信信息的过时使得控制器无法输出最优的负载均分功率。控制器将在较次状态下工作,直到远程电源信息及时发送到本地分布式电源。在此期间,控制器输出的控制量与正常情况存在差异,导致控制性能变差。由此可见,孤岛微电网系统中的通信时延会降低系统的动态性能,在更坏的情况下甚至引起系统的不稳定性。因此,在此背景下,我们必须研究通信时延对于控制器性能的影响,并且,找出通信时延裕度与相关控制器参数之间的关系,将延时裕度作为控制器的参数,尽量地减少因为通信时延而对控制系统产生的负面影响。

  1. 课题关键问题及难点:

在之前的时间里,在老师的指导下我仔细阅读了相关参考文献,熟悉了本次课题的内容,也理清了课题的关键问题的主要步骤。这次毕业设计主要包括以下几个步骤:

1)首先,掌握基于定功率(PQ)、定电压/频率(V/f)和下垂(Droop)控制的逆变器控制策略,建立包含分布式电源、负载、电力电子装置的微电网模型。实现微电网的一次控制。

2)其次,理解微电网分布式控制的控制目标—电压、频率恢复和功率均分,以及电压、频率与功率均分之间的矛盾性,实现二者之间的可调折衷,掌握分布式协同控制的基本理论—一致性算法,实现微电网的二次控制。并研究在通信延时情况下的微电网分布式协同控制实现形式。

3)通过小信号分析建立延时时间和系统特征根的对应关系,求取微电网系统的延时裕度,并分析延时裕度和分布式控制器参数的关系,进而指导控制策略设计。其中,在这一部份中包含了本课题的难点,首先是,如何控制系统中加入通信时延;其次,在对系统的小信号模型进行分析时,因为延时的存在,它的特征方程中的特征根有无穷多,我们不可能将它们一一找出,所以如何分析特征根也是难点之一。

总的来说,这次毕业设计需要我用到四年的专业知识的综合应用,也要对于matlab仿真功能的掌握和一定的数学能力。相信在老师的指导下,我可以顺利解决这些问题及难点,完成本次毕业设计。

  1. 文献综述(或调研报告):

1)微网的基本概念与结构:文献[1]在第一章介绍了微网的概念并提出了微电网的结构特征,说明了微电网的作用,即微电网可以被看作小型的电力系统,保证微电网的运行经济性;在另一方面,微电网又可以被认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷,通过网内分布式电源输出功率的协调控制,可以对电网发挥移峰填谷的作用。

总体上而言,微网是以分布式发电技术为基础,以靠近分散型资源或用户的小型电站为主,结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。微网是智能电网的重要组成部分,能实现内部电源和负荷的一体化运行,并通过和主电网的协调控制,可平滑接入主网或独立自主运行,充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。微电网主要有联网运行和孤岛运行两种运行模式。在并网工作模式下,一般与中、低压配电网并网运行,互为支撑,实现能量的双向交换。在外部电网故障的情况下,可转为独立运行模式,继续为微电网内重要负荷供电,提高负荷的供电可靠性。通过采取先进的控制策略和控制手段,也可以实现两种运行模式的无缝切换。

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