典型海岛多能互补发电站负载分配技术的研究

摘要

风能和潮流能是大自然中可再生能源里重要的组成部分。在现代社会利用自然资源发电对于改善能源结构、推动生态环境建设和解决边远地区用电问题都具有十分重要的意义。
　　 本文引入能量管理集成控制思想，主要探讨和研究多能互补发电站的能量管理负载分配控制策略，以期达到独立运行发电系统的管理优化和运行可靠的目的。根据独立运行海岛上电力系统的特点，首先分析了发电系统的结构组成，系统包括小型的风力机和潮流能机、永磁同步发电机、整流器、直流变换电路、蓄电池、逆变器和海水淡化、垃圾处理及海岛居民生活用电三种负载。在此基础上建立了基于负载分配和负载跟踪两个模糊控制器的能量管理系统，利用直流斩波电路变换特性和母线接触器的开关控制，对海岛上多台发电装置和多种用电负载进行能源管理和分配，达到电力资源自动化调度和资源高效利用的目的。
　　 本文对系统关键装置及升压电路的特性进行了分析，内容包括风力机功率输出特性、Boost变换电路特性、变换电路在能量管理中的功能以及蓄电池剩余容量计算，为负载分配的设计提供了理论依据和技术支持。为提高资源转换效率、最大限度利用电力资源和尽量减少储能装置的使用次数，本文对风机变速恒频下最大功率跟踪进行了探讨研究，并确定了海岛居民生活负载优先考虑、蓄电池储存系统多余电能的能源管理规则。
　　 根据独立运行电力系统的风水资源和居民生活用电意愿具有较大随机性、居民生活用电优先保证以及负载分配具有非线性不易建立模型的特点，本文拟在模糊理论的基础上建立负载分配控制器，将人工能源管理经验融入到模糊控制器中。即通过对当前风水速的采集，获得当前状态下所能发出的最大电力能源，结合蓄电池实时SOC状态，来进行当前最佳负载投切方案的分配实施以及发电装置的功率控制、蓄电池的充放状态控制。由于系统融合实际管理经验，利用模糊算法进行分配，系统具有较高的鲁棒性，能很好地降低干扰和参数变化带来的影响，系统的适应能力较强，具有较高的智能水平。
　　 为验证模糊控制策略，建立了基于Simulink/SimPowerSystem的模型和Fuzzy LogicControler，并给出了相应的仿真结果。其结果表明，在不同的资源情况下，能够及时制定出负载分配状态，且通过负载跟踪能够保证电力系统的供需功率处于平衡状态。在此过程中，实现了资源的最大跟踪和电能的最大利用，达到了借助储能装置保障居民生活对电能的持续需求的目的，从而验证了能量管理模糊控制方案的正确性和可行性，并在仿真中对模糊数据库和规则库进行了一定的训练和优化。
　　 最后，本文针对大型复杂的电力系统的能量管理进行了新的理论研究。将多Agent技术引用到发电站能源管理系统中，将各个发电装置、储能装置和用电设备管理分成相应若干个Agent，通过设计适当的策略使之既能自主运行达到自身愿望，又能通过交互与彼此的协作来实现直流母线端电压稳定的系统共同目标。这为MAS分布式问题求解及智能控制理论的扩展应用提供了应用基础，具有一定的创新意义。