基于预测控制的微电网能量管理系统研究

电力需求的持续增长,日益严重的环境污染以及传统化石燃料短缺等问题正驱使电网朝着高效、灵活、智能和可持续方式发展。微电网技术提高了分布式发电系统的供电可靠性,通过对分布式电源(DG)尤其是可再生能源的规模化接入与应用实现了分布式电源与负荷的一体化运行,是智能配电网未来的发展趋势,是实现可持续发展、可再生能源高效利用和在配电网中广泛接入的重要手段。然而,由于新能源的间歇性、负荷种类多样性、网络拓扑复杂性及电力市场约束性等多种技术难点的出现,使得传统的能量管理策略难以满足实际的控制需求,实现微电网安全、可靠、经济地运行,就需要对微电网能量管理问题进行研究。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是一种先进的广泛应用于工业领域的控制技术,其突出的优势特点是对被控对象的模型要求不高,能有效处理大量的约束条件并能通过反馈机制实现闭环控制,同样契合于微电网系统的能量管理和协调控制。本文围绕微电网系统的协调控制和能量管理展开研究,主要研究内容有:(1)研究国内外关于微电网发展的状况,分析现有微网存在的主要问题和需要克服的技术挑战,对于系统级的能量管理和协调控制,研究集中式和分散式两种先进的控制策略,介绍模型预测控制的基本原理和在微电网中应用的先进性。(2)针对典型的微电网系统,综合考虑机组组合,经济调度,储能,从电网中买卖电能和负荷削减规划等问题。基于对系统未来行为的预测,可再生能源发电和负荷的预测值,以最小化经济运行成本为目标对微电网运行进行优化控制。对于微电网中不可避免的扰动和预测误差,通过引入反馈机制将其嵌入到MPC框架通过滚动时域方法补偿系统扰动。同时使用混合逻辑动态架构保证储能和电网交互行为的可行性(即非即时的充放电、买卖电)。并使用大量的约束和变量来模型化发电技术和物理特点,考虑蓄电池的寿命和衰退影响。(3)针对存在多用户的微电网中的功率调度,使用多时间尺度预测控制的能量管理策略。上层控制优化储能系统的充放电时间和充放电功率,可控发电单元发电功率并调节负荷需求,下层控制器优化能量在用户间的流动以满足实时的负荷需求。(4)介绍了能量管理系统的发展概况,从功能结构、控制结构以及通信结构三个角度进行分析,根据微电网能量管理系统需求的关键功能,确定微网能量管理系统的设计目标及体系结构,从而设计了基于PCS7的微电网能量管理系统。