基于负荷预测的风柴储混合发电系统频率控制方法研究

摘要

随着全球常规能源的枯竭,世界各国纷纷开始关注分布式发电。由于分布式电源的不可控性和随机性,其渗透率的提高增加了对电力系统稳定性的负面影响。为充分利用可再生能源和对各种分布式发电单元进行有效管理,提出了微网结构。微网有并网和孤岛运行两种模式,当微电网运行于并网模式时,其频率由大电网提供支撑;当微电网运行于孤岛模式时,与大电网连接断开,微网只能依靠自身来维持频率的稳定。由于负荷的不可预测性、风能的随机性和间歇性使得微网运行时的频率控制具有一定难度,频率控制成为了微网孤岛运行时的关键问题。
　　针对微网孤岛运行时频率难控制的问题,本文提出了一种基于负荷和风力发电预测的风柴储微网频率控制方法,主要研究内容如下:
　　1、研究并分析了风柴储微网的结构和主要组件的运行特性,并给出了基于负荷和风力发电预测的风柴储微网频率控制方法的原理和控制结构图,该控制结构由基于负荷预测的风柴分配模块和储能电池实时控制模块组成。
　　2、为了减小风电和负荷波动对于系统频率的影响和充分利用负荷和风力发电的预测信息,本文设计了风柴功率分配模块,根据风力发电机和柴油机下一时刻的预测值与此时的实际值之间的差值设计了模糊控制器,修正了风机和柴油机的分配功率值,减小可能出现的有功功率供需之间的差额,从而减小了微电网可能出现的频率波动。利用仿真软件MATLAB搭建模型,与不利用负荷和风力发电的预测信息的频率控制策略对比,仿真结果表明本文提出的控制方法不仅能够很好地控制系统的频率波动,还能够平滑柴油机的输出,避免了其频繁动作,减小了对柴油机的损耗,还能够减小储能电池的充放电功率,避免储能电池过充过放。
　　3、由于预测数据与实际数据之间有误差,需要利用储能电池来实时地控制微电网的频率。但是储能电池传统的下垂控制存在下垂系数调节困难,有静差,抗干扰能力差的缺点,有必要对其进行改进。本文设计了基于扩张状态观测器的实时频率补偿控制器,将负荷与风电的波动当作系统的干扰,将储能电池和微网的传递函数转换为状态空间表达式,作为被控对象,调整控制器的参数,使得微网的频率稳定在额定值附近,利用仿真软件MATLAB搭建模型,与传统的下垂控制策略进行对比,仿真结果表明基于自抗扰控制器的储能电池实时频率控制策略的频率稳定性更强,抗干扰能力也增强。

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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

1.4本文的结构安排

第二章 风柴储系统分析及频率控制方法研究

2.1风柴储微网系统结构

2.2风柴储微网系统中主要组件的运行特性

2.3基于负荷和风电预测的风柴储孤网频率控制方法研究

2.4本章小结

第三章 基于负荷和风力发电预测的风柴功率分配策略研究

3.1风柴功率分配模块系统结构

3.2插值模块设计

3.3基于负荷和风电预测的功率分配策略设计

3.4基于模糊控制的修正模块设计

3.5仿真试验及结果分析

3.6本章小结

第四章 基于自抗扰控制器的储能电池频率控制策略研究

4.1基于自抗扰控制器的频率控制目标与结构

4.2自抗扰控制器的基本原理与结构

4.3基于自抗扰的储能电池频率控制器设计

4.4仿真试验及结果分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果