【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ｒｔｎ　 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(jī)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(bǔ)方面的研 究卻很少Ｃ。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā) 電的獨(dú)立控制技術(shù) ３ １ 已經(jīng)成熟， 在最大功率點(diǎn)追蹤控制 （ Ｐ 、 ＭＰ Ｔ）預(yù)測(cè)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(diǎn) 。國 內(nèi)在 隨著 經(jīng) 濟(jì) 　　　　 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(jià)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(jì) ，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(shí)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(duì)小型風(fēng)光互補(bǔ)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(duì)小型 風(fēng)光互補(bǔ)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(shí) 間 上和 地域 上 天 然具 有很 強(qiáng) 的 　　　　 為 ２ 世紀(jì)主要的電源之一 。 １ 我國對(duì)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(duì)環(huán)境和能源的重視， 　　　　 世界各國都對(duì)新型能 源 進(jìn)行 了 深人 的 研究 和開 發(fā) 。 目前 歐 洲在 這 方 面處 于 互補(bǔ)性 。太陽能和風(fēng)能在時(shí)間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ) 發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性 ， 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電 系統(tǒng)是資源條件較好的獨(dú)立供電系統(tǒng)。提出一種分布 式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)方案 ， 并對(duì)其多 目標(biāo)優(yōu)化控制策 略進(jìn) 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(chǎng) 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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其多 目標(biāo)優(yōu)化控制策略研究 開關(guān)磁阻電機(jī)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng) 。開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu) ２ 分布式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā) 電系統(tǒng) 分 布式 風(fēng) 　　　　 光互 補(bǔ) 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(chǔ) 能 直 簡(jiǎn)單、 成本低、 適合高速運(yùn)行等特點(diǎn)。由于開關(guān)磁阻電 機(jī)采用直流供電， 從電動(dòng)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(chǔ) 能 的 核 心 設(shè) 備［。 ａ 利用飛輪儲(chǔ)能可以有效地補(bǔ)償由于風(fēng)速、 ｌ 光照變 化 以 及 負(fù)荷 變 化 所 引起 的母 線 電壓 波動(dòng) ， 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(diǎn) 是 ： 一 ， 第 只需 對(duì)母 線 電壓 進(jìn)行 控 制 ， 易 滿 足 系統(tǒng) 性能 要 求 ， 容 控制 算 法 相對(duì) 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(duì) 于 系統(tǒng) 中的 交 流 用 電負(fù) 荷 ， 用 逆 變 控制 單 位 集 中 采 供電。 在 實(shí) 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(kuò)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(jìn)行擴(kuò)展。例如為了進(jìn)一步提高 系 統(tǒng) 的可 靠性 ， 證 重要 用 電設(shè) 備 的 正 常運(yùn)行 ， 以在 保 可 直 流 母 線上 加 裝 柴 油發(fā) 電機(jī) 組 ， 通 過 系統(tǒng) 控 制 部 分 并 流母線， 需要對(duì) 電壓、 、 、 電流 頻率 相位等多參數(shù)進(jìn)行控 制團(tuán)， 網(wǎng)過程復(fù)雜， 并 不易擴(kuò)展， 因此系統(tǒng)采用直流母 線 ， 能 單元 分 為 長期 儲(chǔ) 能單 元 和 短期 儲(chǔ) 能單 元 。 電 儲(chǔ) 蓄 池 是 長 期儲(chǔ) 能 單 元 的 最 佳選 擇 ， 而短 期 儲(chǔ) 能 單 元 采 用 統(tǒng)一進(jìn)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(jìn) 行 供 電 ， 以 降 可 低 系統(tǒng) 成 本 、 防止 諧 波污 染 。 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 太陽 能電 他板 驗(yàn)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(bǔ)供 電系統(tǒng) 框圖 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 互制約。例如 ， 蓄電池和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為儲(chǔ)能單元 ， ３ 分布式風(fēng) 光互補(bǔ)發(fā)電 系統(tǒng) 的控制 策略 由于分布式風(fēng)光互補(bǔ)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(diǎn)， 加上分布式供發(fā)電設(shè)備 分 散 ， 此對(duì) 系 統(tǒng) 的優(yōu)化 控 制 是 系統(tǒng) 高 質(zhì) 量 、 因 可靠 運(yùn) 行 既 可 以作 為供 電 設(shè) 備 ， 又可 以成 為 負(fù) 載 。因此 ， 何 協(xié) 如 調(diào) 各子 系 統(tǒng) 的關(guān) 系 、 平衡 各 指標(biāo) 之 間 的影 響 ， 到綜 合 達(dá) 性能最優(yōu)， ｐ待解決的問題。 是ｕ 因此， 　　　　 對(duì)于分布式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)， 不僅僅要對(duì) 所有發(fā)電單元、 儲(chǔ)能單元以及能源變換單元分別進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì)， 還需從 系統(tǒng)的角度進(jìn)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(jì) 時(shí) ， 用 飛輪 儲(chǔ) 能裝 置對(duì) 母 線 為 利 的關(guān)鍵 。盡管目前對(duì)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?jī)H考慮對(duì)單機(jī)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。 因?yàn)樵?負(fù)荷較低的時(shí)候采用 ＭＰ Ｔ控制 Ｐ 無疑增加了系統(tǒng)的電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。 ， 此外 在分布式 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā) 電系統(tǒng)中直流母線 電壓波動(dòng)系數(shù)、 各發(fā)電 設(shè) 備 的 負(fù)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(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償， 可以有效穩(wěn)定風(fēng)能和太 陽能瞬時(shí) 變 化對(duì) 母 線 電壓 所造 成 的 影響 第 二 ， 根據(jù) 用 電 負(fù)荷 變 化． 對(duì)供電單元進(jìn)行按比例均流控制 ， 使供電單元的負(fù) 載 均衡 。第 三 ， 既要 在 負(fù)荷 較 大 時(shí) ， 風(fēng) 力發(fā) 電機(jī) 和 太 對(duì) 陽 能 電池 采 用 最 大 功率 點(diǎn) 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(biāo) 相互影響 、 ｏ　 ｅ　 ｈ ｅ 相 ７ ５２ 儀 器 儀 表 學(xué) 報(bào) 第 ２６卷 要在用電負(fù)荷較小時(shí) ， 對(duì)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(jī)的轉(zhuǎn) 速， 而不必進(jìn)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(shí)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(yùn)行 成 本 。 由 此可 見 分 　　　　 ， 布 式 風(fēng) 光互 補(bǔ) 發(fā) 電系 統(tǒng) 中 存 在 著 多 求最優(yōu)解。 通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能量流進(jìn)行優(yōu)化控制， 可 以在儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng) 的控制指標(biāo)， 降低系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行成本。 并 從另一方面 看 ， 是 由 于分 布 式 風(fēng)光 互 補(bǔ) 發(fā) 電 系統(tǒng) 中直 流 母 線 電 正 壓波動(dòng)系數(shù)、 電設(shè)備的負(fù)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(biāo) 函數(shù) 重要 程 度 ， 般 說 來 ， 要 的 目標(biāo) 函數(shù) ， 一 重 相 個(gè) 目標(biāo)的整體優(yōu)化問題， 該問題 制約 了分布式風(fēng)光互 補(bǔ)發(fā) 電系統(tǒng) 的應(yīng)用和發(fā)展 ， 是在對(duì)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(biāo)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(diǎn) 非 常適 合模 糊 算 法 ， 此 可 以利 用 模 糊 推 理 算 因 ４ 多目標(biāo)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(bǔ)發(fā)電 系 統(tǒng) 多 目標(biāo) 優(yōu)化 控 制 策略 。對(duì)上 述 ４個(gè) 指 標(biāo)進(jìn) 行 動(dòng) 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(biāo) 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(jí) 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(duì)能量進(jìn)行智能管理， 并對(duì)所有子系統(tǒng)進(jìn)行 高效整合。 從而提高發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量， 降低儲(chǔ)能系 統(tǒng)， 特別是蓄電池的容量。 多 目標(biāo) 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(chǎng) Ａ 編 ｌ ｅｓｌ Ｊ、 新興學(xué)科。 作為最優(yōu)化的一個(gè)重要分支， 它主要研究在 某種意義下多個(gè)數(shù)值 目標(biāo)的同時(shí)最優(yōu)化問題。多 目 標(biāo) 最優(yōu)化在經(jīng)濟(jì)、 軍事等諸 多領(lǐng)域都有 廣泛應(yīng)用［７目 Ｌ， ， ｕ 前 多 目標(biāo)最 優(yōu)化 主要應(yīng) 用于模式 識(shí)別 和決 策等方 面ｐｘ也有研究表 明多 目標(biāo)最優(yōu)化理論可 以成功應(yīng) －， ｊ 用于冗余度機(jī)器人的控制方面Ｃ ， ａ ７ ４ １ 線性 加 權(quán) 和 法 ． 多 目標(biāo) 優(yōu)化 控 制 可 以通 過 線性 加 權(quán) 和 法 來 實(shí) 現(xiàn) ， 　　　　 權(quán) 系 數(shù) 的大 小 反 映每 個(gè) 優(yōu) 化 指 標(biāo)作 用 的大 小 ；因此 線 性 加 權(quán) 和法 可 以 在多 個(gè) 性 能 指 標(biāo) 之 間協(xié) 調(diào) 優(yōu) 化 ， 能較 好 地 完成 多 目標(biāo) 優(yōu)化 控 制 。 十 Ｍ Ｍ Ａ Ｍ ｆ （） ５ 端 Ｊ 　　　　　　　　　　　　 Ａ 則 權(quán)系 數(shù) 可 以表 示 為 ： ａｏ（ 器，（ｏ ＝Ｒ韶， ， ｘ Ｆ一 Ｔ Ａ ）　 ，　 ＢＩ ｆ ， ！ ‘ ． Ｊ 、 ｌ ｅｓ ． ｒｌ ｒ：Ｉ Ｍ ｒｌ ｒｌｓ 場(chǎng) Ｍ Ａ Ａ Ａ 瑞 編 Ｍ Ａ 　　　　　　 ｛ （） ６ 復(fù) 雜 系統(tǒng) 　　　　 中的 許 多 優(yōu)化 間題 ， 指標(biāo) 權(quán) 重 以及 模 糊 關(guān) 系 矩 陣 的確定 ， 需要 運(yùn) 用決 策 者 的知 識(shí) 與經(jīng) 驗(yàn) ， 決 但 首 　　　　 統(tǒng)控制目 即ｆ ）ｊ ， Ａｐ表 先確定系 標(biāo)， ； （ ２ ， （ ＝１ ， ） ｘ 示 ｐ個(gè)系統(tǒng)性能指標(biāo) ， 將該系統(tǒng)性能指標(biāo)集 合作 標(biāo)準(zhǔn) 化處 理 得 到特 征 向量 ： 策者也常常難 以直接給出量化值 ， 因此還需要借助遺 傳 算 法 等加 以 優(yōu)化 。 Ｆ＝ 。 ， Ｔ　 Ｃ （１ 昂 Ａ 　　　　　　　　　　 ｘ韶 ） ， 昂Ｉ ） 其中， （ ｊ ， Ａｐ為指 值。 　　　　 （ １ ，） 標(biāo)基 Ｂｘ ＝ ２ ；） 綜上所述， 　　　　 分布式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)方案 ， 采用直 流母線和開關(guān)磁阻電機(jī)飛輪儲(chǔ)能， 并且將多 目標(biāo)控制 策略運(yùn)用到分布式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)， 提出了基于模 糊推理算法的分布式風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化控制策 略 ， 制策 略打 破 了風(fēng)