复杂环境下直流微电网的优化、控制与稳定性研究

With the urgent demand of the transition of electrical power system in our country, this project focuses on the complex characteristics of DC microgrid, which are introduced from the high-permeability renewable energy and high-proportion power electronics. In this way, the energy reliability, optimal economic control, and stability mechanism are worth to be deeply studied. The main concerns of this project are as follows: 1) Considering the randomicity of renewable energy, a probabilistic model of energy reliability is established for DC microgrid. The high reliability is regarded as the constraint condition when the optimization process is conducted to minimize the primary cost and energy storage cost. 2) Considering the intermittency of renewable energy, distributed optimization algorithm with plug-and-play ability and time-varying applicability is investigated. Then, a distributed tracking control strategy is proposed. 3) The stability for DC microgrid with Constant Power Loads (CPL) is analyzed under distributed optimal control strategy. Considering the uncertainty of Distributed Generators(DGs), the influence of uncertain disturbance on the stability on DC microgrid is explored, and a stabilization method is proposed to restrain the uncertainty. The validity, availability and superiority are verified through computer simulation and experiments. An effective research technique for the optimization, control and stability of DC microgrid under complex environment is established through the research of this project, which has a great scientific significance and practical application value to realize energy-saving, emission-reduction and energy sustainable development.

本课题面向我国电力系统能源转型的迫切需求，针对高渗透率可再生能源和高比例电力电子负荷接入直流微电网导致的复杂特性，深入研究系统的优化、控制和稳定性机理。主要内容包括：1）考虑可再生能源的随机性，建立直流微电网的能量可靠性概率模型，以高可靠性为约束条件，兼顾一次成本和储能成本并对其规划进行寻优；2）考虑可再生能源的间歇性，提出具有即插即用性和时变适用性的分布式优化算法，研究对应的分布式跟踪控制策略；3）研究分布式优化控制下带恒功率负载的直流微电网稳定性，分析微源的不确定扰动对系统稳定性的影响，并提出抑制不确定扰动的稳定化方法。通过构建计算机仿真与实验系统，验证所提方法的正确性、有效性和优越性。通过研究，将建立一种有效的复杂环境下直流微电网的优化、控制与稳定性研究方法，对整个能源和电力行业实现节能减排及可持续发展具有重要的科学意义和实际应用价值。

项目背景：本项目面向我国电力系统能源转型的迫切需求，针对高渗透率可再生能源和高比例电力电子负荷接入直流微电网导致的复杂特性，深入研究系统的优化、控制和稳定性机理。主要内容：1）考虑可再生能源的随机性，建立直流微电网的能量可靠性概率模型，以高可靠性为约束条件，兼顾一次成本和储能成本并对其规划进行寻优；2）考虑可再生能源的间歇性，提出具有即插即用性和时变适用性的分布式优化算法，研究对应的分布式跟踪控制策略；3）研究分布式优化控制下带恒功率负载的直流微电网稳定性，分析微源的不确定扰动对系统稳定性的影响，并提出抑制不确定扰动的稳定化方法。.重要结果：1) 对复杂环境下的直流微电网，提出了无通信准主从控制框架，引入了内点罚函数的方法对带约束的优化问题进行求解，减少了通信量并提高系统的可靠性，有效降低了风光能源间歇性和随机性对系统的影响。2) 综合考虑功率损耗和电压调节等因素，通过调整加权系数来实现多目标之间的协调优化，构建分布式优化控制体系，提出了一种基于随机坐标下降法的分布式算法，可实时自动找到系统的最佳工作点，能在线路参数波动，负载变化，通信线路故障等环境下达到运行成本最优，且具有即插即用功能。3)考虑分布式控制中电压恢复和功率均分的比例调节参数对系统稳定性的影响，引入广义的全时滞稳定性判据，给出了一种保证系统时滞稳定的控制参数范围的确定方法。.关键数据：该项目培养硕士12名，博士1名，在学术期刊和会议上发表论文17篇，其中，SCI收录14篇(JCR1区8篇)、EI收录3篇(不含SCI收录的)，授权国家发明专利10项，有6项专利成果转化到当地公司。.科学意义：通过研究，建立了一种有效的复杂环境下直流微电网的优化、控制与稳定性研究方法，对整个能源和电力行业实现节能减排及可持续发展具有重要的科学意义和实际应用价值。