关键词:
风光柴储微电网
经济模型预测
负荷频率控制
自适应容错
故障补偿
摘要:
孤岛微电网作为应对能源紧缺的有效方式之一,对沙漠及偏远地区的能源供应极为关键,其中,风光柴储微电网具有能源互补的显著优势,受到广泛关注。然而由于光伏、风机等可再生能源的接入以及负荷的随机性,风光柴储微电网系统的稳定性及经济性能迎来了重大挑战。为此,本文以风光柴储微电网为研究对象,对其孤岛运行下稳定性控制及经济性能优化展开研究,提升风光柴储微电网系统抵抗干扰及故障的能力:
首先,针对源荷扰动(风力发电、光伏发电以及负载)下的风光柴储微电网系统,提出一种基于EMPC方法的经济模型预测负荷频率控制(Economic Model Predictive Load Frequency Control,EMPLFC)策略,构造基于柴油发电机运行成本、输入成本以及负荷频率波动成本的经济目标优化函数。进而引入反馈控制,并结合经济优化控制,设计了负荷频率控制器。随后,证明了闭环系统的稳定性,并通过硬件在环实验验证了EMPLFC方法的可行性与有效性。
其次,针对含干扰及执行器故障的风光柴储微电网系统,提出一种基于EMPLFC方法的经济模型预测负荷频率自适应容错控制(Economic Model Predictive Load Frequency Control-Adaptive Fault Tolerant,EMPLFC-AFT)方法。考虑系统负荷干扰、执行器加性故障以及乘性故障,在经济优化控制的基础上,引入自适应容错律,更好的抑制执行器故障的影响。最后基于Lyapunov稳定性分析,证明所提出EMPLFC-AFT方法的闭环稳定性,并通过硬件在环实验验证了有效性。
最后,针对干扰及执行器故障下经济性能差的风光柴储微电网系统,提出一种基于故障估计器的经济模型预测负荷频率补偿控制(Economic Model Predictive Composite Load Frequency Control,EMPCLFC)方法。首先,提出一种执行器故障估计器,使其能够准确的估计出执行器故障的类型及大小。在此基础上,使用估计器的输出信息设计补偿控制器,提升系统的经济性能以及对故障的抑制性能。最后证明闭环系统的稳定性,并通过硬件在环实验验证了EMPCLFC方法的有效性。