分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究.docx
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分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究
分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究.txt32因为爱心,流浪的人们才能重返家园;因为爱心,疲惫的灵魂才能活力如初。
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第26卷第8期增刊
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仪
表
学
报
2005年8月
分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略
研究
冬雷廖晓钟刘广忱
北京
陈建勇
108)001
( 北京理1大学
摘要新能源领域中的风力发电技术和太阳能发电技术发展非常迅速,风光互补发电方案是独立供电系统的最佳选择。
出提了一种分布式风光互补发电系统方案,并对其系统的多目标优化控制策略进行了研究
Mutidx titn nrl agBsd DsitPad nl-eOiziCtSty eoirueV Widinpmaoooteran tbd nEegCmpenaGnrtn smnry lometl eaiSteoye
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Kewody rs
引
言
发电最大单机容量已经超过了45W,. 而太阳能发M 电容量也超过了10W" 0k"。
国外在风光互补方面的研究却很少C。
风力发电和太阳能发电的独立控制技术31已经成熟,在最大功率点追踪控制(P、MPT)预测控制
以及系统结构等方面的研究是当前研究热点。
国内在
随着经济 的快速发展,源的消耗逐年增加,能常规能源面临日益枯竭的窘境,切需要可再生的新型清迫洁能源。
目前众多可再生能源与新能源技术开发中,在潜力最大、具开发价值的是风能和太阳能。
们是一最它种取之不尽、之不竭的可再生能源。
近年来,用风能和太阳能的利用技术发展迅速,0年前,界风光电总1世功率不到10万k,今已超过100W如00万k。
据估W计,0年内风光电将可满足世界电力需求的1纬,20成
新能源领域的研究困于资金的限制,加上实际需求,主
要集中于风力发电及太阳能发电的控制算法研究和小
型新能源系统的研究,对小型风光互补发电系统的研究也受到了人们的重视〔目卜。
从资料来看国内对小型风光互补发电系统的研究也仅限于系统的组成与控
制、备的选用以及系统仿真等。
设太阳能与风能在时间上和地域上天然具有很强的
为2世纪主要的电源之一。
1我国对风力发电和太阳能
发电技术也给予高度重视,0年来风力发电和太阳能2
发电在我国的沿海、新疆和内蒙等地得到了一定的推
广应用。
由于对环境和能源的重视, 世界各国都对新型能
源进行了深人的研究和开发。
目前欧洲在这方面处于
互补性。
太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性,风光互补发电系统是资源条件较好的独立供电系统。
提出一种分布式风光互补发电系统方案,并对其多目标优化控制策
略进行研究。
领先水平,特别是在风力发电和太阳能发电技术方面
取得了大量成果。
欧洲在新能源领域的研究主要集中于大型并网电场以及相关技术的研究「1目前风力-。
第8期增刊
分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究
开关磁阻电机飞轮储能系统。
开关磁阻电机具有结构
2分布式风光互补发电系统
分布式风 光互补发电系统方案,由风力发电系统、太阳能电池发电系统、能系统、源变换系统、流储能直
简单、成本低、适合高速运行等特点。
由于开关磁阻电机采用直流供电,从电动状态转换到发电状态仅需要
将导通角后移,因此非常适合作为飞轮储能的核心设
备[。
a利用飞轮储能可以有效地补偿由于风速、l光照变
化以及负荷变化所引起的母线电压波动,高系统的提
母线及能量管理系统等若干子系统组成,如图1所示。
这种方案的主要优点是:
一,第只需对母线电压进行控制,易满足系统性能要求,容控制算法相对容易。
二,第由于省去了子系统中的整流部分,此,统成本低,因系
稳定性,降低由此而引起的蓄电池的充放电次数[[3s
对于系统中的交流用电负荷,用逆变控制单位集中采供电。
在实际应 用中,了提高系统的适用性,以非常为可
易于推广。
第三,采用分布式直流母线控制,系统容易扩展,可以满足用电设备和发电设备增加的要求。
考虑到目前几乎所有分布式供电系统主要采用交
方便地利用直流母线进行扩展。
例如为了进一步提高
系统的可靠性,证重要用电设备的正常运行,以在保可直流母线上加装柴油发电机组,通过系统控制部分并
流母线,需要对电压、、、电流频率相位等多参数进行控制团,网过程复杂,并不易扩展,因此系统采用直流母
线,能单元分为长期储能单元和短期储能单元。
电储蓄池是长期储能单元的最佳选择,而短期储能单元采用
统一进行能量控制。
也可以利用D/C变换器向直CD
流用电设备如无整流模块的变频器进行供电,以降可低系统成本、防止谐波污染。
现
场
总
线
太阳能电他板
验ASM
飞轮
Intlf9fa1
蓄m叫电电[充器11变卜逆器
otf
图1分布式风光互补供电系统框图
互制约。
例如,蓄电池和飞轮储能系统作为储能单元,
3分布式风光互补发电系统的控制策略
由于分布式风光互补发电系统容量较小、 发电量变化较大、容量不确定等特点,加上分布式供发电设备
分散,此对系统的优化控制是系统高质量、因可靠运行
既可以作为供电设备,又可以成为负载。
因此,何协如调各子系统的关系、平衡各指标之间的影响,到综合达
性能最优,p待解决的问题。
是u因此, 对于分布式风光互补发电系统,不仅仅要对所有发电单元、储能单元以及能源变换单元分别进行优化设计,还需从系统的角度进行优化控制。
第一,稳定直流母线电压,提高系统供电质量是系统控制的首
要任务,此在系统设计时,用飞轮储能装置对母线为利
的关键。
尽管目前对风力发电和太阳能发电控制方面研究较多,但是由于这些研究仅考虑对单机设备的优化,MPT控制技术并不能完全适用分布式风光互如P补发电系统。
因为在负荷较低的时候采用MPT控制P无疑增加了系统的电应力和机械应力。
,此外在分布式风光互补发电系统中直流母线电压波动系数、各发电
设备的负载率、各发电设备应力系数、电池的充电状蓄
电压进行动态补偿,可以有效稳定风能和太阳能瞬时
变化对母线电压所造成的影响第二,根据用电负荷变
化.对供电单元进行按比例均流控制,使供电单元的负
载均衡。
第三,既要在负荷较大时,风力发电机和太对阳能电池采用最大功率点追踪控制(P模式;MPT)又
态<O/SaoCag)SCsttf r等控制指标相互影响、o e he相
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要在用电负荷较小时,对二者采用“低应力”控制模式,即降低太阳能变换器输出电流以及风力发电机的转速,而不必进行最大能量捕获,以便延长系统寿命。
第四,提高蓄电池的剩余容量,保证系统供电的可信度。
同时降低蓄电池的充放电次数,防止过充电和过放电。
从而减少蓄电池配置容量,延长蓄电池寿命,降低系统
建设成本和运行成本。
由此可见分 ,布式风光互补发电系统中存在着多
求最优解。
通过对整个系统的能量流进行优化控制,可以在储能配置容量较低水平的基础上保证母线电压的稳定,提高系统的容量可信度。
从而综合优化整个系统的控制指标,降低系统建设及运行成本。
并从另一方面
看,是由于分布式风光互补发电系统中直流母线电正
压波动系数、电设备的负载率、各发各发电设备应力系数、蓄电池的充电状态(O)SC等相互影响、相互制约,使得权系数的选取变得非常困难。
由于权系数直接反
映目标函数重要程度,般说来,要的目标函数,一重相
个目标的整体优化问题,该问题制约了分布式风光互补发电系统的应用和发展,是在对供电品质要求特别
较高的应用领域,问题巫待获得解决。
该
应的权系数就要给得大些()而不很重要的目标函成l;
数,其相应的权系数就要给得小些(O。
权系数的这)一特点非常适合模糊算法,此可以利用模糊推理算因
4多目标优化控制方法
为了解决上述问题, 提出了分布式风光互补发电
系统多目标优化控制策略。
对上述4个指标进行动态
法来确定权系数向量。
42权系数确定方法.在模糊推理系统中, 取系统性能指标F(); x为模糊系统的输人量,输出量为权系数a=12A沪。
;,,,C定义权系数集W= w,w}m级权系 {w,A,为
数,权系数模糊关系矩阵可以表示为:
则A廿一rlrlzrlm、L
R
整体优化,对能量进行智能管理,并对所有子系统进行高效整合。
从而提高发电系统的供电质量,降低储能系统,特别是蓄电池的容量。
多目标最 优化是近20年来迅速发展起来的一门
r=I
一-
了
场
A
编
l
eslJ、
新兴学科。
作为最优化的一个重要分支,它主要研究在某种意义下多个数值目标的同时最优化问题。
多目标最优化在经济、军事等诸多领域都有广泛应用[7目L,,u前多目标最优化主要应用于模式识别和决策等方面px也有研究表明多目标最优化理论可以成功应-,j用于冗余度机器人的控制方面C,a7
41线性加权和法.多目标优化控制可以通过线性加权和法来实现, 权系数的大小反映每个优化指标作用的大小;因此线性加权和法可以在多个性能指标之间协调优化,能较好地完成多目标优化控制。
十
M
M
A
M
f
()5
端J A
则权系数可以表示为:
ao(器,(o=R韶,,xF一TA) , BIf,
!
‘.J、les.
rlr:
IMrl
rls场M
AAA
瑞编M
A
{
()6
复杂系统 中的许多优化间题,指标权重以及模糊关系矩阵的确定,需要运用决策者的知识与经验,决但
首 统控制目即f)j,Ap表先确定系标,;(2,(=1,)x
示p个系统性能指标,将该系统性能指标集合作标准
化处理得到特征向量:
策者也常常难以直接给出量化值,因此还需要借助遗
传算法等加以优化。
F=。
,T C(1昂A x韶),昂I)
其中,(j,Ap为指值。
(1,,)标基Bx=2;)
综上所述, 分布式风光互补发电系统方案,采用直流母线和开关磁阻电机飞轮储能,并且将多目标控制策略运用到分布式风光互补发电系统,提出了基于模糊推理算法的分布式风光发电系统多目标优化控制策
略,制策略打破了风力发电和太阳能发电单一控其次, 按照所有性能指标的重要程度分别乘以再
5结
论
权系数aj,,p,,=12A,)然后相加作为目(标函数即:
C,a(一F 买;x‘((一F,'xx; )
xxX,aT =(P,EA A,)()3MPT工作模式,高了系统的综合技术指标,P提降低
其,{(a,IO一,中一一.A,,,入‘*、7)X,) .z
了系统整体建设和运行成本,发展了分布式风光互补发电系统技术,提高了风光可再生能源的利用。
再对此目标函数在多目标规划的约束集合R上
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分布式风光互补发电系统及其多目标优化控制策略研究
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参考文献Mie iad, ote ae l-tn-kMehrtGnhr Grmr Mutsrgn iiCnetrTe xsp eouin srgcnetrovre:
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(上接第70)0页
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以太网(hre) Etent是目前最流行的局域网体系结
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构,在其开放性、低成本、广泛应用的软硬件支持等优
势支持下,以太网正从不同的途径进人到工业控制领域,应用范围有了很大的扩展。
太网最典型的应用形以
式是Ehre+TPI,tentC/P即灵活的Ehre低层加上tent几乎已成通用标准的网络传翰协议TPI,C/使得以P太网能够非常容易地集成到以ItntWe技术nee和rb
为代表的信息网络中,一突出优点,以太网在工业这为
舰船电子工程.0458-9.20, 0:
8
孙军凯.EhrtI从teNe/P工业以太网到工厂信息化技术口〕以太网与现场总线,048.20,.
(上接第79页)44 omlz vdBll]spLvrSnioLma GneDai, cloe, ea tg, aes oaaiRcd. roCmprobten ipwr tr diaoain weutoefoaseny acnistn
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