多能互补微网系统能量管理系统的研究

Along with the concept, research and demonstration of microgrid, it's important to develop the new EMS (energy management system) taking account of the microgrid with various distributed energys. As being the project focused around the microgrid energy management research, the basic analysis theory and design methods of energy management of microgrid are studied，including the modeling of various distributed energys, energy storage system and the relevant controller unit included in the microgrid; the long term, short term, and ultra-short term generated power forecasting of solar and wind generation unit; the modeling of economic operation optimization for microgrid, the operation optimization strategy taking account of the maximization of renewable energy utilization, and the developing of combinatorial optimization algorithm with high efficient and utility; the methods and algorithms for power system analysis such as power flow calculation, state estimation, and optimal power flow, considering the asymmetry of the power supply, load and the line parameter of microgrid; the physical experiments based on the first demonstration of MW class microgrid with hybrid distributed generations in island (Zhuhai Dongao Island) built by Guangzhou Institute of Energy Conversion, which can experimental verify the results. The results of project can supply the theory base,direction and practice experience to the research and development of microgrid energy management system in mathematics modeling and application software hierarchy, which is great important to the develpoment of microgrid and the quicken of national energy strategy realization.

随着微网概念的提出和微网系统的研究与示范应用，开发适合于包含多种分布式电源的微网新一代能量管理系统是微网技术的重要内容。本项目针对微网能量管理系统中的各种分布式电源、储能系统、负荷及相关单元级控制器进行单元级建模，对太阳能、风能等可再生能源发电单元进行长期、短期及超短期的发电能力预测，建立适应于微网系统的经济运行优化模型，考虑可再生能源利用最大化等运行优化策略，开发高效实用的组合优化算法，针对微网系统的电源、负荷和线路参数存在不对称性等问题，提出适用于微网系统的潮流计算、状态估计、和最优潮流算法等电力系统分析方法，以广州能源所建立的国内首个海岛MW级多能互补微电网示范项目（珠海东澳岛）为平台，对上述研究结果进行实际验证。本项目将为微网能量管理软件平台的研制开发在数学建模和应用软件层面上提供一定的理论成果和指导，对推动微网发展、加快我国能源战略的实现，具有重要意义。

随着微网技术的发展，微网系统的能量管理研究正面临一些新的挑战。例如如何有效地预测系统中可再生能源的功率输出，为系统的功率平衡和经济调度提供参考；如何在微网中高效经济地扩展储能单元；如何在保持对多种分布式电源充分利用的同时达到利润最大化等等。这些问题的解决将为实现微网的高效经济、安全可靠运行提供技术支持。本项目在微网系统能量管理的大研究方向中，对一些相关问题进行了探讨。.在发电预测方面对微网中的光伏发电短期预测问题进行了探讨，提出一种基于小采样间隔光伏功率数据的多维时间序列局部预测方法，仿真结果表明，该方法能很好地实现光伏功率提前1h预测，相对于传统基于大采样间隔的SVR局部预测模型具有更高的预测精度，在短期光伏功率预测中具有潜在的应用价值。此外，针对基于小采样间隔风功率序列的风功率预测模型进行了探讨，提出ARMAX-GARCH 风功率预测模型。通过对东澳岛微电网风功率仿真预测，证明该模型可以显著提高风功率点预测精度，很好地实现区间预测，可作为制定发电调度计划的有效依据。.针对微电网系统的特点，提出了一套较为完善的微电网能量管理系统，并对其各功能模块的主要任务及其完善的特色进行了详细阐述，该系统进一步完善了微电网的控制功能，提高了微电网的控制精度和有效性，为原型系统的开发及工程应用提供重要支持。在此基础上，提出一种改进分散式多代理系统，不同于常用的集中式方法，其自治Agent在微网信息能见度有限的情况下也能解决复杂的多目标优化问题，使得微网系统作为一个整体在成本、环境、效率、和其他目标等方面得到更好的总体结果。.在能量管理策略方面，设计了一种基于模糊控制与非线性优化的策略，以能量平衡、瞬时功率控制、锂离子电池及超级电容混合储能综合协调控制为目标，并在已有的150 kW 风/光/储/柴微网实验平台上验证该策略的实用价值。.在储能系统方面提出了采用牛顿插值法对蓄电池的SOC进行估算。该方法为电池管理系统提供了一种新的预测方法，对保证光伏系统的安全可靠运行具有重要意义。.对微网中的关键设备逆变器的电流控制策略进行了探讨。基于电感电流反馈控制的光伏并网逆变器，提出了参考电流相位超前的电流内环控制策略。基于双向变流器，提出了采用功率、电流双环控制的SVPWM矢量解耦控制方法。两种策略分别在3kW 光伏并网逆变器和和30kVA实验样机上验证了其有效性。