【正文】 本文由zhuxiao2604貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 第 ２ ６卷 第 ８期 增 刊 儀 器 儀 表 學(xué) 報 ２０ ０ ５年 ８月 分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)及其多 目標優(yōu)化控制策略 研究 冬 雷 廖曉鐘 劉廣忱 北京 陳建勇 １０８ ） ０ ０１ （ 　　　　　　 北京理１大學(xué) 摘要 新能源領(lǐng)域中的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太 陽能 發(fā)電技術(shù)發(fā)展非常迅速 ， 風(fēng)光互補發(fā)電方案是獨立供電系統(tǒng)的最佳選擇 。 出 提 了一種分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)方案 ， 并對其 系統(tǒng)的多目標優(yōu)化控制策略進行了研究 Ｍｕｔ ｉｄｘ　 ｔ ｉ ｔ ｎ　 ｎｒｌ?。?ｇ Ｂ ｓｄ　 Ｄｓ ｉ ｔ Ｐ ａ ｄ　 ｎ ｌ－ ｅ Ｏ ｉ ｚ ｉ Ｃ ｔ Ｓ ｔ ｙ　 ｅ ｏ ｉｒ ｕｅ Ｖ　 Ｗｉｄ ｉｎ ｐｍ ａｏ ｏ ｏ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ　 ｔ ｂ ｄ　 ｎ Ｅ ｅｇ Ｃ ｍｐｅ ｎａ Ｇ ｎｒｔ ｎ　ｓ ｍ ｎｒｙ　 ｌ ｏ ｍｅｔｌ　 ｅａｉ Ｓ ｔ ｅ ｏ ｙｅ Ｄｏｇ　 ｅ Ｌａ Ｘａｚｏｇ　 ｉ Ｇ ａｇｈｎ　 ｈｎ?。睿铮?ｎ　 Ｌｉ?。?ｉｏｈｎ　 Ｌｕ　 ｎ ｃｅ?。?ｅ Ｊ ｙ ｎ 　 ｏ　 ｕ ｉ ａ （ｅ ｉ Ｉｓｔｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ， ｅｉｇ　 ０１ Ｃ ｎ ） 　　　　　　　　　　　　　　 Ｂｉｎ １０８，?。椋?Ｂ ｉｎ ｎ ｉ ｅ　 ｅｈｏｏ ｊ ｇ　 ｔｕ ｆ　 ｇ ｊ ０ ｈ Ａｂｔａｔ?。裕?ｄｖｌｐ ｎ ｏ ｓａｄａｏ ｅ　 ｗｅ ｓｐ ｌ ｏ ｄｓｒｂ ｔｄ?。帧。?ｗｉｄ　 ｅｇ ｃｍｐｅ ｎａ ｓｒｃ　　 ｅ　 ｅｏ ｍｅ ｔ　 ｔｎ －ｌｎ ｐ ｅ ｆ　 ｏ ｒ　 ｐｙ　 ｉｔｉｕｅ Ｐ ａ ｄ　 ｎ ｅ ｒｙ　 ｕ ｆ　 ｎ ｏ ｌｍｅｔｌ ｇｎｒ ｉ ｓｓ ｍ　ｏｔｎｄ　 ｉ ｒｓｅｔ　 ｅａｉ ｙ　 ｍ ｒｅａｉｔ．?。蟆。酰?ｏ ｔｅ　 ｒａｈ　ｔｅ ｅｅ ｔ ｎ　 ｔ ｉ ｕｌｅ ｉｗｔ ｅｐｃｔ ｒｌｂｌ ａｄ　 ｋｔ ｌｙ Ｉｉｆｃｓｄ　 ｈ ａｐ ｃ ｏ ｈ ａ ｏ ｙ ｅ ｓ　 ｉ ｎ　 ｈ　 ｏ?。?ｉ ｎ ａ ｔ ｂｉ ｔ?。?ｎ　 ｐ ｏ ｆ　 ｇｎｒｔｎ　 ｔ ａｄ　 ｃｎｒｌ　 ｔ ｙ?。?ｌ－ ｄｘ　 ｉｉｔ ｎ　 ｈ?。?ｐｔ ｒ． ｅｅａｏ ｓｓ ｍ　 ｔｅ　 ｔ ｓ ａ ｇ ｏ ｕｔｉ ｅ ｏｔ ｚ ｉ ｗｔ ｆｚ ａｅｎ ｉ ｙ ｅ ｎ ｈ ｏ ｏ ｔ ｅ ｆ　 ｉｎ ｒ ｐ ｍ ａｏ ｉ ｕ ｙ　 ｔ Ｋｅ ｗｏｄ ｙ　 ｒｓ 引 言 發(fā) 電最 大單機容量 已經(jīng)超過 了 ４５ Ｗ， ．　 而太 陽能發(fā) Ｍ　 電容量也超過了 １０Ｗ＂　 ０ｋ ＂ 。國外在風(fēng)光互補方面的研 究卻很少Ｃ。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā) 電的獨立控制技術(shù) ３ １ 已經(jīng)成熟， 在最大功率點追蹤控制 （ Ｐ 、 ＭＰ Ｔ）預(yù)測控制 以及 系統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 等方 面 的研 究是 當(dāng)前 研究 熱點 。國 內(nèi)在 隨著 經(jīng) 濟 　　　　 的快 速發(fā) 展 ， 源 的消 耗逐 年 增 加 ， 能 常規(guī) 能 源 面 臨 日益 枯 竭 的窘 境 ， 切 需 要 可 再 生 的新 型 清 迫 潔 能 源 。 目前眾 多 可再 生 能 源與 新 能 源技 術(shù) 開發(fā) 中 ， 在 潛 力最 大 、 具開 發(fā) 價值 的是風(fēng) 能 和 太 陽能 。 們是 一 最 它 種取 之 不 盡 、 之 不 竭 的可 再生 能 源 。近 年來 ， 用 風(fēng)能 和 太 陽 能 的 利 用技 術(shù) 發(fā) 展 迅 速 ，０年 前 ， 界 風(fēng) 光 電 總 １ 世 功 率 不 到 １０萬 ｋ ， 今 已 超 過 １０ ０ Ｗ 如 ００萬 ｋ 。據(jù) 估 Ｗ 計 ，０年 內(nèi)風(fēng) 光 電將 可滿 足世 界 電力 需 求 的 １ 緯 ， ２ ０ 成 新能源領(lǐng)域的研究困于資金的限制， 加上實際需求 ， 主 要 集 中 于風(fēng) 力 發(fā) 電及太 陽能 發(fā) 電的控 制 算法 研 究 和小 型新能源系統(tǒng)的研究 ， 對小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的研 究也受到了人們的重視〔目 卜 。從資料來看國內(nèi)對小型 風(fēng)光互補發(fā) 電系統(tǒng)的研究也僅限于系統(tǒng)的組成與控 制 、 備 的選 用 以及 系 統(tǒng)仿 真 等 。 設(shè) 太 陽能 與風(fēng) 能 在時 間 上和 地域 上 天 然具 有很 強 的 　　　　 為 ２ 世紀主要的電源之一 。 １ 我國對風(fēng)力發(fā) 電和太陽能 發(fā) 電技 術(shù) 也 給予 高 度 重視 ，０年來 風(fēng) 力 發(fā) 電 和太 陽能 ２ 發(fā)電在我國的沿海 、 新疆和內(nèi)蒙等地得到了一定的推 廣 應(yīng)用 。 由于對環(huán)境和能源的重視， 　　　　 世界各國都對新型能 源 進行 了 深人 的 研究 和開 發(fā) 。 目前 歐 洲在 這 方 面處 于 互補性 。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補性使風(fēng)光互補 發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性 ， 風(fēng)光互補發(fā)電 系統(tǒng)是資源條件較好的獨立供電系統(tǒng)。提出一種分布 式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)方案 ， 并對其多 目標優(yōu)化控制策 略進 行 研究 。 領(lǐng)先水平 ， 特別是 在風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電技術(shù)方面 取得 了大 量成 果 。歐 洲在 新 能 源領(lǐng) 域 的研 究 主要 集 中 于大 型 并 網(wǎng) 電 場 以及 相關(guān) 技 術(shù) 的 研 究「 １ 目前 風(fēng)力 － 。 第 ８期 增 刊 分布 式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)及其多 目標優(yōu)化控制策略研究 開關(guān)磁阻電機飛輪儲能系統(tǒng) 。開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu) ２ 分布式風(fēng)光互補發(fā) 電系統(tǒng) 分 布式 風(fēng) 　　　　 光互 補 發(fā) 電 系統(tǒng) 方案 ， 由風(fēng) 力發(fā) 電 系統(tǒng) 、 太 陽能 電 池發(fā) 電系 統(tǒng) 、 能系 統(tǒng) 、 源 變 換 系統(tǒng) 、 流 儲 能 直 簡單、 成本低、 適合高速運行等特點。由于開關(guān)磁阻電 機采用直流供電， 從電動狀態(tài)轉(zhuǎn)換到發(fā) 電狀態(tài)僅需要 將 導(dǎo) 通 角后 移 ， 因此 非 常適 合 作 為 飛輪 儲 能 的 核 心 設(shè) 備［。 ａ 利用飛輪儲能可以有效地補償由于風(fēng)速、 ｌ 光照變 化 以 及 負荷 變 化 所 引起 的母 線 電壓 波動 ， 高 系 統(tǒng) 的 提 母線及能量管理系統(tǒng)等若干子系統(tǒng)組成， 如圖 １ 所示。 這種 方 案的 主 要 優(yōu)點 是 ： 一 ， 第 只需 對母 線 電壓 進行 控 制 ， 易 滿 足 系統(tǒng) 性能 要 求 ， 容 控制 算 法 相對 容 易 。 二 ， 第 由于 省 去 了 子 系統(tǒng) 中的 整 流 部 分 ， 此 ， 統(tǒng) 成本 低 ， 因 系 穩(wěn)定性， 降低 由此而引起 的蓄 電池的充放電次數(shù)［［ ３ ｓ 對 于 系統(tǒng) 中的 交 流 用 電負 荷 ， 用 逆 變 控制 單 位 集 中 采 供電。 在 實 際應(yīng) 　　　　 用 中 ， 了提 高 系統(tǒng) 的適 用 性 ， 以非 常 為 可 易于推廣。第三， 采用分布式直流母線控制， 系統(tǒng)容易 擴展 ， 可以滿足用電設(shè)備和發(fā)電設(shè)備增加的要求。 考 慮 到 目前幾 乎 所有 分 布式 供 電 系統(tǒng) 主 要 采用 交 　　　　 方便地利用直流母線進行擴展。例如為了進一步提高 系 統(tǒng) 的可 靠性 ， 證 重要 用 電設(shè) 備 的 正 常運行 ， 以在 保 可 直 流 母 線上 加 裝 柴 油發(fā) 電機 組 ， 通 過 系統(tǒng) 控 制 部 分 并 流母線， 需要對 電壓、 、 、 電流 頻率 相位等多參數(shù)進行控 制團， 網(wǎng)過程復(fù)雜， 并 不易擴展， 因此系統(tǒng)采用直流母 線 ， 能 單元 分 為 長期 儲 能單 元 和 短期 儲 能單 元 。 電 儲 蓄 池 是 長 期儲 能 單 元 的 最 佳選 擇 ， 而短 期 儲 能 單 元 采 用 統(tǒng)一進行能量控制。也可以利用 Ｄ ／Ｃ變換器向直 ＣＤ 流 用 電設(shè) 備 如 無 整 流模 塊 的 變頻 器 進 行 供 電 ， 以 降 可 低 系統(tǒng) 成 本 、 防止 諧 波污 染 。 現(xiàn) 場 總 線 太陽 能電 他板 驗Ａ Ｓ Ｍ 飛輪 Ｉｎ ｔｌ ｆ９ ｆ ａ １ 蓄ｍ叫 電 電［ 充 器１ １變 卜 逆 器 ｏ ｔ ｆ 圖 １ 分布式風(fēng) 光互 補供 電系統(tǒng) 框圖 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 互制約。例如 ， 蓄電池和飛輪儲能系統(tǒng)作為儲能單元 ， ３ 分布式風(fēng) 光互補發(fā)電 系統(tǒng) 的控制 策略 由于分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)容量較小、 　　　　 發(fā)電量 變化較大、 容量不確定等特點， 加上分布式供發(fā)電設(shè)備 分 散 ， 此對 系 統(tǒng) 的優(yōu)化 控 制 是 系統(tǒng) 高 質(zhì) 量 、 因 可靠 運 行 既 可 以作 為供 電 設(shè) 備 ， 又可 以成 為 負 載 。因此 ， 何 協(xié) 如 調(diào) 各子 系 統(tǒng) 的關(guān) 系 、 平衡 各 指標 之 間 的影 響 ， 到綜 合 達 性能最優(yōu)， ｐ待解決的問題。 是ｕ 因此， 　　　　 對于分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)， 不僅僅要對 所有發(fā)電單元、 儲能單元以及能源變換單元分別進行 優(yōu)化設(shè)計， 還需從 系統(tǒng)的角度進行優(yōu)化控制。第一， 穩(wěn) 定直流母線電壓， 提高系統(tǒng)供 電質(zhì)量是系統(tǒng)控制的首 要 任務(wù) ， 此 在 系統(tǒng) 設(shè)計 時 ， 用 飛輪 儲 能裝 置對 母 線 為 利 的關(guān)鍵 。盡管目前對風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電控制方面 研究較多， 但是由于這些研究僅考慮對單機設(shè)備的優(yōu) 化 ， ＭＰ Ｔ控制技術(shù)并不能完全適用分布式風(fēng)光互 如 Ｐ 補發(fā)電系統(tǒng)。 因為在 負荷較低的時候采用 ＭＰ Ｔ控制 Ｐ 無疑增加了系統(tǒng)的電應(yīng)力和機械應(yīng)力。 ， 此外 在分布式 風(fēng)光互補發(fā) 電系統(tǒng)中直流母線 電壓波動系數(shù)、 各發(fā)電 設(shè) 備 的 負載 率 、 各發(fā) 電 設(shè)備 應(yīng) 力 系數(shù) 、 電池 的充 電 狀 蓄 電壓進行動態(tài)補償， 可以有效穩(wěn)定風(fēng)能和太 陽能瞬時 變 化對 母 線 電壓 所造 成 的 影響 第 二 ， 根據(jù) 用 電 負荷 變 化． 對供電單元進行按比例均流控制 ， 使供電單元的負 載 均衡 。第 三 ， 既要 在 負荷 較 大 時 ， 風(fēng) 力發(fā) 電機 和 太 對 陽 能 電池 采 用 最 大 功率 點 追 蹤 控 制 （ Ｐ 模 式 ； ＭＰ Ｔ） 又 態(tài) ＜Ｏ ／ Ｓａ ｏＣ ａｇ） Ｓ Ｃｓ ｔｔ ｆ　 ｒ 等控制指標 相互影響 、 ｏ　 ｅ　 ｈ ｅ 相 ７ ５２ 儀 器 儀 表 學(xué) 報 第 ２６卷 要在用電負荷較小時 ， 對二者采用“ 低應(yīng)力” 控制模式， 即降低太 陽能變換器輸 出電流以及風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn) 速， 而不必進行最大能量捕獲 ， 以便延長系統(tǒng)壽命 。第 四， 提高蓄電池的剩余容量 ， 保證系統(tǒng)供電的可信度 。 同時降低蓄電池的充放電次數(shù)， 防止過充電和過放電。 從而減少蓄電池配置容量 ， 延長蓄電池壽命 ， 降低系統(tǒng) 建 設(shè) 成本 和 運行 成 本 。 由 此可 見 分 　　　　 ， 布 式 風(fēng) 光互 補 發(fā) 電系 統(tǒng) 中 存 在 著 多 求最優(yōu)解。 通過對整個系統(tǒng)的能量流進行優(yōu)化控制， 可 以在儲能配置容量較低水平的基礎(chǔ)上保證母線電壓的 穩(wěn)定 ， 提高系統(tǒng)的容量可信度 。 從而綜合優(yōu)化整個系統(tǒng) 的控制指標， 降低系統(tǒng)建設(shè)及運行成本。 并 從另一方面 看 ， 是 由 于分 布 式 風(fēng)光 互 補 發(fā) 電 系統(tǒng) 中直 流 母 線 電 正 壓波動系數(shù)、 電設(shè)備的負載率、 各發(fā) 各發(fā)電設(shè)備應(yīng)力系 數(shù)、 蓄電池的充電狀態(tài) （Ｏ ） Ｓ Ｃ 等相互影 響、 相互制約 ， 使得權(quán)系數(shù)的選取變得非常困難。由于權(quán)系數(shù)直接反 映 目標 函數(shù) 重要 程 度 ， 般 說 來 ， 要 的 目標 函數(shù) ， 一 重 相 個 目標的整體優(yōu)化問題， 該問題 制約 了分布式風(fēng)光互 補發(fā) 電系統(tǒng) 的應(yīng)用和發(fā)展 ， 是在對供 電品質(zhì)要求 特別 較高 的應(yīng) 用 領(lǐng)域 ， 問 題巫 待 獲 得解 決 。 該 應(yīng)的權(quán)系數(shù)就要給得大些（ ）而不很重要的目標函 成ｌ ； 數(shù)， 其相 應(yīng) 的權(quán) 系 數(shù) 就要 給 得小 些 （ Ｏ 。權(quán) 系數(shù) 的 這 ） 一 特點 非 常適 合模 糊 算 法 ， 此 可 以利 用 模 糊 推 理 算 因 ４ 多目標優(yōu) 化控 制方法 為了解決上述問題， 　　　　 提出了分布式風(fēng)光互補發(fā)電 系 統(tǒng) 多 目標 優(yōu)化 控 制 策略 。對上 述 ４個 指 標進 行 動 態(tài) 法來確定權(quán)系數(shù)向量 。 ４２ 權(quán)系數(shù)確定方法 ． 在模糊推理系統(tǒng)中， 　　　　 取系統(tǒng)性能指標 Ｆ（） ；　 ｘ 為模糊 系統(tǒng)的輸人量 ， 輸出量為權(quán)系數(shù) ａ ＝１２Ａ滬 。 ； ， ， Ｃ 定 義權(quán)系數(shù)集 Ｗ＝　 ｗ ， ｗ ｝ ｍ級 權(quán)系 　　　　 ｛ ｗ ，Ａ， 為 數(shù) ， 權(quán) 系 數(shù)模 糊 關(guān) 系矩 陣可 以表示 為 ： 則 Ａ 廿一 ｒｌ ｒｌｚ ｒｌｍ 、Ｌ Ｒ 　 　 　 　 　 整體優(yōu)化 ， 對能量進行智能管理， 并對所有子系統(tǒng)進行 高效整合。 從而提高發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量， 降低儲能系 統(tǒng)， 特別是蓄電池的容量。 多 目標 最 　　　　 優(yōu) 化 是 近 ２ ０年 來 迅 速 發(fā) 展 起 來 的 一 門 ｒ＝Ｉ 一－ 了 場 Ａ 編 ｌ ｅｓｌ Ｊ、 新興學(xué)科。 作為最優(yōu)化的一個重要