交直流混合微电网的优化设计与能量管理关键技术研究

AC/DC hybrid microgrid is an important way to promote the use of renewable energy and distributed power development. However, it is still in the exploratory research stage, so a series of key scientific and technical issues must be resolved. This project will firstly build the system Small Signal Model by using Time-varying Phasor and analyze the characteristics, which can provide the basis for microgrid restructuring and optimization design, as well as energy forecasting and coordination scheduling. Then The frame restructuring strategy and method based on the grouping control method of multi-objective optimization will be proposed and studied, which will reveal the influence of the dynamic structure on efficiency and reliability. According to the AC/DC hybrid microgrid operation mode and operating characteristics of the micro-sources, the rational multi-agent control system for energy management will be designed, as well as the energy forecasting and coordination control system, to achieve optimal economics of microgrid. Finally the corresponding new Z-source three-level AC/DC bidirectional converter will be researched and designed, and the experimental platform will be established to verify the validity of the proposed structure and algorithm. This proposal is the frontier research involved in multi-discipline of Electrical Engineering, Control Theory, and Computer Science and so on. The expected results of this project can not only provide important theory for AC/DC hybrid microgrid technique and develop the independent intellectual property rights, but also has important practical significance to promote the application of microgrid.

交直流混合微电网是推动可再生能源利用和分布式发电发展的重要途径，而国内外对其研究尚处于探索阶段，其所涉及的一系列关键科学和技术问题亟待解决。本项目首先建立交直流混合微电网的时变相量小信号模型并进行特性分析，为微电网架构重组与优化设计、能量预测与协调调度等提供基础；深入研究并提出基于多目标优化的交直流混合微电网架构重组策略与方法，揭示微电网动态架构对效率和可靠性影响的机理；设计合理的多Agent控制体系，研究基于MAS的能源预测和协调控制系统，实现交直流混合微电网的经济性最优控制；研究设计新型Z源三电平高效双向AC/DC变换器，为交直流混合微电网系统的关键接口设备提供技术参考，并搭建实验平台验证新理论和新技术的有效性。本项目属电气工程、控制理论、计算机科学等多学科交叉前沿研究，对我国发展具有自主知识产权的交直流混合微电网并推动其应用具有重要的理论和现实意义。

交直流混合微电网是推动可再生能源利用和分布式发电发展的重要途径，而国内外对其研究尚处于探索阶段，其所涉及的一系列关键科学和技术问题亟待解决。在原有基础上，本课题紧密围绕项目原计划内容和目标开展工作，取得重要代表性成果包括：. (1)建立了微源、变换器、线路和负荷的时变相量小信号模型，进一步建立了含多个变换器的交直流混合微电网时变相量小信号模型。在此基础上进行微电网系统稳定性分析，并研究分析微电网下垂系数变化对系统稳定性和动态性能的影响；. (2)采用基于NSGA-II的多目标优化理论的组群控制方法实现分布式光伏电池阵列架构优化重组。同时引入智能预测控制实现发电功率优化和能量管理，减少直流母线和交流母线的能量流动，从而降低双向变换器的容量；. (3)运用基于遗传算法和人工神经网络的MAS进行微电网的微源和负荷短期预测，同时提出量子行为的粒子群优化与组群控制相结合的优化算法，实现微源出力与架构重组的综合优化控制，提高交直流混合微电网运行的经济性和可靠性；. (4)在现有Z源网络及多电平变换器拓扑的基础上，提出一种适用于交直流混合微电网的非隔离型Z源三电平双向AC/DC变换器拓扑。并提出适合于该拓扑的调制方法，实现系统正常和重构时的高功率因数、低电流谐波以及中点电位平衡；. (5)研究T型三电平逆变器环流抑制策略。提出了基于最优控制和基于比例积分调节器的环流抑制策略，并分别应用到两台逆变器并联和多台逆变器并联系统中。另外针对逆变器并联系统的启停问题，提出了一种软启动与软停机策略；. (6)设计得到本项目的交直流混合微电网实验平台，并将提出的基于MAS交直流混合微电网能量管理策略和设计的Z源三电平双向变换器嵌入到实验平台进行实验验证并进行相应改进，以验证新理论和新技术的有效性。. 课题紧密围绕研究内容和关键科学问题，通过团队合作与分工，学术交流，勤奋努力，取得丰硕的研究成果。同时培养和凝聚了一支结构合理的研究团队，全面实现了课题的研究目标。