【正文】 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 。 領先水平 ， 特別是 在風力發(fā)電和太陽能發(fā)電技術方面 取得 了大 量成 果 。歐 洲在 新 能 源領 域 的研 究 主要 集 中 于大 型 并 網 電 場 以及 相關 技 術 的 研 究「 １ 目前 風力 － 。 第 ８期 增 刊 分布 式風光互補發(fā)電系統(tǒng)及其多 目標優(yōu)化控制策略研究 開關磁阻電機飛輪儲能系統(tǒng) 。開關磁阻電機具有結構 ２ 分布式風光互補發(fā) 電系統(tǒng) 分 布式 風 　　　　 光互 補 發(fā) 電 系統(tǒng) 方案 ， 由風 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。由于開關磁阻電 機采用直流供電， 從電動狀態(tài)轉換到發(fā) 電狀態(tài)僅需要 將 導 通 角后 移 ， 因此 非 常適 合 作 為 飛輪 儲 能 的 核 心 設 備［。 ａ 利用飛輪儲能可以有效地補償由于風速、 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［［ 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 　　　　 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 ， 可以滿足用電設備和發(fā)電設備增加的要求。 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 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 相位等多參數進行控 制團， 網過程復雜， 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 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 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 光互補發(fā)電 系統(tǒng) 的控制 策略 由于分布式風光互補發(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)電設備 分 散 ， 此對 系 統(tǒng) 的優(yōu)化 控 制 是 系統(tǒng) 高 質 量 、 因 可靠 運 行 既 可 以作 為供 電 設 備 ， 又可 以成 為 負 載 。因此 ， 何 協(xié) 如 調 各子 系 統(tǒng) 的關 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 電質量是系統(tǒng)控制的首 要 任務 ， 此 在 系統(tǒng) 設計 時 ， 用 飛輪 儲 能裝 置對 母 線 為 利 的關鍵 。盡管目前對風力發(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備的優(yōu) 化 ， ＭＰ Ｔ控制技術并不能完全適用分布式風光互 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)的電應力和機械應力。 ， 此外 在分布式 風光互補發(fā) 電系統(tǒng)中直流母線 電壓波動系數、 各發(fā)電 設 備 的 負載 率 、 各發(fā) 電 設備 應 力 系數 、 電池 的充 電 狀 蓄 電壓進行動態(tài)補償， 可以有效穩(wěn)定風能和太 陽能瞬時 變 化對 母 線 電壓 所造 成 的 影響 第 二 ， 根據 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 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 報 第 ２６卷 要在用電負荷較小時 ， 對二者采用“ 低應力” 控制模式， 即降低太 陽能變換器輸 出電流以及風力發(fā)電機的轉 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， 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 成本 和 運行 成 本 。 由 此可 見 分 　　　　 ， 布 式 風 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)建設及運行成本。 并 從另一方面 看 ， 是 由 于分 布 式 風光 互 補 發(fā) 電 系統(tǒng) 中直 流 母 線 電 正 壓波動系數、 電設備的負載率、 各發(fā) 各發(fā)電設備應力系 數、 蓄電池的充電狀態(tài) （Ｏ ） Ｓ Ｃ 等相互影 響、 相互制約 ， 使得權系數的選取變得非常困難。由于權系數直接反 映 目標 函數 重要 程 度 ， 般 說 來 ， 要 的 目標 函數 ， 一 重 相 個 目標的整體優(yōu)化問題， 該問題 制約 了分布式風光互 補發(fā) 電系統(tǒng) 的應用和發(fā)展 ， 是在對供 電品質要求 特別 較高 的應 用 領域 ， 問 題巫 待 獲 得解 決 。 該 應的權系數就要給得大些（ ）而不很重要的目標函 成ｌ ； 數， 其相 應 的權 系 數 就要 給 得小 些 （ Ｏ 。權 系數 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) 法來確定權系數向量 。 ４２ 權系數確定方法 ． 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 ， 輸出量為權系數 ａ ＝１２Ａ滬 。 ； ， ， Ｃ 定 義權系數集 Ｗ＝　 ｗ ， ｗ ｝ ｍ級 權系 　　　　 ｛ ｗ ，Ａ， 為 數 ， 權 系 數模 糊 關 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、 新興學科。 作為最優(yōu)化的一個重要分支， 它主要研究在 某種意義下多個數值 目標的同時最優(yōu)化問題。多 目 標 最優(yōu)化在經濟、 軍事等諸 多領域都有 廣泛應用［７目 Ｌ， ， ｕ 前 多 目標最 優(yōu)化 主要應 用于模式 識別 和決 策等方 面ｐｘ也有研究表 明多 目標最優(yōu)化理論可 以成功應 －， ｊ 用于冗余度機器人的控制方面Ｃ ， ａ ７ ４ １ 線性 加 權 和 法 ． 多 目標 優(yōu)化 控 制 可 以通 過 線性 加 權 和 法 來 實 現(xiàn) ， 　　　　 權 系 數 的大 小 反 映每 個 優(yōu) 化 指 標作 用 的大 小 ；因此 線 性 加 權 和法 可 以 在多 個 性 能 指 標 之 間協(xié) 調 優(yōu) 化 ， 能較 好 地 完成 多 目標 優(yōu)化 控 制 。 十 Ｍ Ｍ Ａ Ｍ ｆ （） ５ 端 Ｊ 　　　　　　　　　　　　 Ａ 則 權系 數 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 Ｍ Ａ Ａ Ａ 瑞 編 Ｍ Ａ 　　　　　　 ｛ （） ６ 復 雜 系統(tǒng) 　　　　 中的 許 多 優(yōu)化 間題 ， 指標 權 重 以及 模 糊 關 系 矩 陣 的確定 ， 需要 運 用決 策 者 的知 識 與經 驗 ， 決 但 首 　　　　 統(tǒng)控制目 即ｆ ）ｊ ， Ａｐ表 先確定系 標， ； （ ２ ， （ ＝１ ， ） ｘ 示 ｐ個系統(tǒng)性能指標 ， 將該系統(tǒng)性能指標集 合作 標準 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 ，） 標基 Ｂｘ ＝ ２ ；） 綜上所述， 　　　　 分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)方案 ， 采用直 流母線和開關磁阻電機飛輪儲能， 并且將多 目標控制 策略運用到分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)， 提出了基于模 糊推理算法的分布式風光發(fā)電系統(tǒng)多目標優(yōu)化控制策 略 ， 制策 略打 破 了風力 發(fā) 電和 太 陽能 發(fā) 電單一 控 其次， 　　　　按 照 所有 性 能 指 標 的 重 要程 度 分 別 乘 以 再 ５ 結 論 權系數 ａｊ ， ｐ ， ，＝１２Ａ，）然后相加作為 目 （ 標函數即： Ｃ， ａ（一Ｆ　 　　買；ｘ ‘（ （一 Ｆ ，＇ｘ ｘ ；　 ） ｘ ｘ Ｘ， ａ Ｔ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＝（ Ｐ ， ＥＡ　 Ａ，） （） ３ ＭＰ Ｔ工作模式 ， 高了系統(tǒng)的綜 合技術指標， Ｐ 提 降低 其 ， ｛（ａ ，ＩＯ 一， 中 一一． Ａ，，入‘ ＊ 、７ ）Ｘ ， ）　 ． ｚ 了系 統(tǒng) 整 體建 設 和 運 行 成本 ， 發(fā)展 了分 布 式 風 光互 補 發(fā) 電 系統(tǒng) 技 術 ， 提高 了 風光 可 再生 能 源 的利 用 。 再 對 此 目標 函 數在 多 目標 規(guī) 劃 的 約束 集 合 Ｒ 上 　　　　 第 ８期 增 刊 分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)及其多 目標優(yōu)化控制策 略研究 ７３ ５ 參考文獻 Ｍｉｅ　 ｉ ａｄ，　 ｏｔｅ　　 ａ ｅ　　 ｌ－ｔｎ－ ｋ Ｍｅ ｈｒｔ Ｇ ｎｈｒ?。牵颍?ｒ?。停酰簦螅?ｇ ｎ 　　 ｉ ｉ Ｃ ｎｅｔｒＴ ｅ?。?ｓ ｐ?。澹铮酰椋睢。螅?ｇｃｎｅｔｒ ｏ ｖｒｅ：　 ｎ ｔ　 ｉ ｖｌｔ ｏ ｔｎ－ｏｖｒ ｈ ｅ ｔ ｎ　 ｅ ｏ ｆ　 ｉ ｅ ｔ ｈｏｏｙ Ｅ Ｅ ０１２０ ｅ ｎｌｇ．　 ２０ ，０１ ｃ Ｐ Ｂ ｕｒ　 ， ｅ?。?，．　 Ｈ． Ｍｅｌ　 Ｒ． Ｐｅｉ Ｊ ａｅ Ｐ Ｄ Ｈ ｎＳ Ｗ．　 ， ｙ Ｃ．　 ， ｉｒ ． ａ ｋ　 Ｔ．?。。觯欤幔椋睢?ｅｃｒ ａ ｓｓ ｍｓ　ｒ?。?ｏｅ ?。恰。?ａ ｔ ｏ ｌ ｔｉ ｌ　 ｔ ｕ ｏ ｆ　 ｅ ｃ ｙｅ ｆ ｏｓ ｒ ｏ ｆｈ ｗｉ ｆｒ ｓ ｎｕｔｙ　ｐｌａｉ ｓ　 ｎｅｅｃ ，?。埃?ｎ ａｍ ．?。洌螅?Ａ ｐｉ ｔｎ Ｃ ｆｒｎｅ ００ ｄ ?。?ｃ ｏ ｏ ?。? Ｃｏ ｆｒｎ ｅ　 ｃｒ　 ｏ　 ｔ 　 ２ ０ ?。?ＥＥ ，　０ ０，　， ｎｅ ｅｃ　 Ｒｅｏｄ　 ｆ　ｈｅ　 ０ ０　 Ｅ 　　　　　　 ２０ ３ １１－ ４３ ４ ６－１２ ． ７?。悖椋?ａ　．?。澹簟。澹颍琛。洹?ｅｏｍ ｎ ｏ ｐｗ ｒ 　?。?ｗ Ｔ Ｒ ｃｎ ｒｓａｃ ａ ｄｖｌ ｅｔ　 ｏ ｅ Ｉ ｋ ．　 ｅ ｅ ｎ ｅ ｐ ｎ　 ｓｓｅ ｗ ｈ　?。?ｎ ｅ ｏ ｉ ｉ ｔｄ　 ｅａｉ 　　 ｍｓ?。?ａｌｒｅ?。恚猓颉。洌螅?ｕｅ ｇｎｒｔ ｇ ｙｔ ｉ ａ ｕ ｆ?。簦?ｅ ｎ ｆｃｌｉｓ