高密度新能源机组的虚拟平衡控制及其通信拓扑优化研究

新能源机组的出力协调技术将在较长一段时间内制约我国新能源的发展。为此，本项目致力于从虚拟平衡的角度研究高密度新能源机组的出力协调策略及相应的通信拓扑优化问题，力求建立基于局部信息交换且考虑通信拓扑的鲁棒性和经济性等因素的分布式优化和控制体系。主要研究内容为：分析多虚拟分区的出力优化模型及其动态等效模型，研究基于局部信息交换技术的分布式优化算法；分析不同条件下新能源机组参与虚拟平衡的协调控制模型，研究实现虚拟平衡的分布式通信拓扑的完备性条件及基于分布式通信模式的协调控制策略；研究综合考虑通信拓扑的完备性、鲁棒性和经济性等因素的通信拓扑优化模型及其算法，探索提高虚拟平衡动态性能的通信拓扑优化技术。此项目的研究成果有助于实现新能源机组的即插即用和自组织发电特性，有助于提高电网接纳新能源的能力，同时也可以为协调优化和协调控制理论的应用和发展做出贡献。

为了适应社会发展的要求，大量新能源发电机组并网运行已成为新能源发展的必然趋势，高渗透率新能源接入电网已被公认为未来智能电网的重要特征之一。然而，由于风、光等典型新能源机组发电的间歇性和随机性，使得新能源机组一般不具备“电网友好型电源”的特征，限制了电网接纳新能源的能力。本课题以分布式电源大量接入的配电网/微电网为研究对象，允许区内分布式电源运行点实时变化，但要求其总出力始终促进电力系统功率平衡，此即为虚拟平衡的理念。基于此理念对区内受控对象进行协调优化，能够提高整个电力系统运行的稳定性与经济性。主要成果包括：1）提出新能源机组实现自组织发电的分布式控制新结构，有望解决大量新能源机组因地域分散而难以实施集中控制的难题；2）提出基于虚拟发电厂的分层分布式自趋优的控制结构及控制方法，提升了对海量新能源机组进行协同控制的能力；3）针对新能源机组间的通信问题，提出最小通信拓扑结构和N-1鲁棒概念并建立优化模型，为通信拓扑的设计提供重要指导原则；4）基于虚拟平衡理念，提出基于分布式电源与可控负荷的协调控制系统，从而减少了整个微网系统中受控变量的数量，有利于对系统进行整体调度或为系统提供辅助服务；5）提出了微网孤岛运行的分散式自趋优控制策略，实现了无需通信系统的电力系统分层控制。该研究构建了更加全面的分布式控制理论与方法体系，解决高密度新能源机组协同控制算法及通信拓扑设计等关键问题，为主动配网/微网中实现新能源机组的自组织发电技术做出贡献。