灵活互动光伏智能微电网的协调控制与优化配置

To solve energy crisis and environmental problems, the renewable energy power generation and smart grid must be improved. While the smart grid includes smart power generation and smart power utilization. It is difficult to realize flexible interactive in smart microgrid by distributed generation system where grid operation state, power quality, electricity consumption habits of users and user requirements are all considered. The project aims to explore the effective method to unify smart power generation and smart power utilization. Based on photovoltaic grid connected generation, the load and PV system are automatically recognized and intelligently composed which to make load intelligentize. By self-learning user behavior, decision intelligence is improved, and automatic demand response is realized. Therefore, how to realize the cooperative control for the load and PV generators is the main research point in this project. Meanwhile, considering the power quality, most optimum distribution of microgrid resources for voltage, reactive power and harmonic by multi-objective optimization method in PV microgrid system is further examined. The validity and practicability of the proposed control algorithm are verified by simulations and experiments. The project will provide theoretical basis and technical support for the wide application of the PV grid-connected generation system, and provide theory basis for the development of the smart grid technology.

提高可再生能源发电渗透率和电网智能性是近来建设智能电网，解决能源危机和环境问题的战略性方法。在研究稳定、可靠、高效的智能发电方法的同时，智能用电问题也日显突出。本项目拟探索智能发电和智能用电的有效统一，使分布式发电系统能综合考虑电网运行状态、电网电能质量、用户用电习惯和用户需求，实现灵活互动智能微电网。项目研究基于光伏并网发电系统，提出负载和光伏发电系统的自动识别和智能组合，使负载智能化，通过用户行为自学习，提高决策智能性，实现自动需求响应；研究负载用电和光伏发电系统统一的协调控制方法，对光伏并网发电系统相关的一系列基础问题开展研究工作；研究高渗透率和复杂环境下光伏微电网的资源优化配置，以满足电压波动、输出谐波等稳态特性和外界扰动时电压稳定等暂态特性要求。本项目的研究为太阳能光伏并网发电技术的广泛应用提供理论基础和技术保障；同时促进智能微电网技术与其他能源相关学科的交叉、融合和协调发展。

当前微电网所面临的一个最主要的挑战就是可再生能源的不确定性和负荷侧的不确定性。这使得微电网向大电网注入/消耗的总电量成为一个随机的、不可控的变量，严重阻碍了其参与电力系统辅助服务。本项目试图提出一种灵活互动光伏智能微电网的协调控制方法及其优化配置方案，将智能发电和智能用电统一起来协调控制。首先，本项目对微电网中的光伏特性进行深入的研究，建立起含负载的光伏发电系统的模型，提出了一种简单、实时的微电网并网逆变器开路故障检测方法，并针对微电网并网LCL谐振峰值引起的电流谐波和低带宽问题设计出了一种并网LCL逆变器的主动阻尼控制方法。然后，对微电网稳定运行方面进行了重点研究，提出了一种两层的微电网控制框架，在保证微电网电压稳定的基础上实现微电网的经济运行；又针对微电网中微源输出不平衡问题提出了新的均流控制方法；针对直流微电网的时变性和分布式发电单元的不确定性，研究出一种最小化运行成本的多源协调优化控制策略。随后，对负荷侧温控负荷参与调频进行了研究，建立了一种改进的二维时变Markov链空调负荷聚合模型，并在此基础上提出一种基于拟蒙特卡洛法的骨干粒子群算法的分布式模型预测控制模型，在考虑用户舒适度的前提下参与微电网的调频服务，同时在针对温控负荷参与调频过程中的扰动问题，提出了一种H∞鲁棒频率控制策略，从而在源荷侧协同出力的同时保证了调频过程的快速性和稳定性。最后，本项目搭建了光伏智能微电网仿真数字平台和实验平台，并完成对各项研究内容的实验验证。本项目的研究为智能微电网的建设和需求侧响应技术的应用提供了理论基础和技术保障；同时也促进智能微电网技术与其他能源相关学科的交叉、融合和协调发展。. 结合该项目的研究，培养硕士7名；在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文23篇，其中SCI收录8篇；授权荷兰发明专利1项；授权国家发明专利10项。