交直流混合微网潮流断面协调控制方法研究

摘要

交直流混合微网为高密度分布式能源接入配电网提供了更加有效的途径，已经日益成为微网领域研究的热点。多台并列运行的AC/DC双向换流器构成的交直潮流断面，能实现交直流子微网之间的功率互联和相互支撑，并对维持交直流混合微网内功率的动态平衡起到至关重要的作用。考虑到分布式电源出力具有波动性和不确定性，交直流负荷具有强随机性的特点，需要对交直潮流断面的功率柔性控制技术进行研究。通过对交直潮流断面上多台AC/DC双向换流器的协调控制，实现交直流子微网内功率实时、动态平衡，进而改善交直流混合微网的电能质量。 论文首先研究了交直流混合微网多时间尺度分区分层运行机理及其运行模式。之后，论文基于非线性最优控制理论，在并网模式下提出潮流断面协调最优控制策略。该策略能够使得传输功率和直流电压具有最优的动态响应特性，可以兼顾稳态功率合理分配和动态响应最优的双重优化目标。论文基于时间最优控制和模糊控制理论，在孤岛模式下提出时间-状态协调最优控制策略，该策略分别选取时间最短和二次型性能最优为性能指标，设计了时间最优控制器和最优状态调节器。为进一步实现两种控制器之间的互补协调，基于模糊控制理论引入自适应权重系数，以协调两种控制器间分配的比例，从而实现兼顾状态转移时间和状态调节过程双重优化目标的目的。最后，结合国内首个商业化运行的交直流混合微网国家863项目示范工程搭建了仿真模型，并验证了所提控制策略的正确性和可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 交直流混合微网运行机理与运行模式分析

2.1 交直流混合微网概念

2.2 交直流混合微网运行机理

2.3 交直流混合微网运行模式分析

2.4 本章小结

第3章 并网模式下潮流断面协调控制方法研究

3.1 引言

3.2 状态反馈精确线性化

3.2.1 非线性系统的相对阶数

3.2.2 状态反馈精确线性化设计原理

3.2.3 非线性系统的零动态

3.3 交直潮流断面非线性数学建模

3.4 并网模式潮流断面协调最优控制策略

3.4.1 功率协调最优控制器设计

3.4.2 电压恢复最优控制器设计

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

第4章 孤岛模式下潮流断面协调控制方法研究

4.1 引言

4.2 双积分系统时间最优控制原理

4.3 DC/DC双向换流器非线性建模

4.4 DC/DC双向换流器时间-状态协调最优控制策略

4.4.1 时间最优控制器设计

4.4.2 最优状态调节器设计

4.4.3 时间-状态协调控制策略

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢