基于集散式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的自適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)

劉娜 冷曉華

摘 要：本文主要是在微網(wǎng)理論的指導(dǎo)下，提出了一種基于集散式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的自適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)，該微網(wǎng)系統(tǒng)是由多個可獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)構(gòu)成，對于主網(wǎng)該微網(wǎng)系統(tǒng)即是一個獨(dú)立的微型局域電網(wǎng)，同時該系統(tǒng)又可作為一個可控的模塊化單元，與外網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。通過集散式結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合無模型自適應(yīng)控制理論算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)發(fā)電功率與用電功率的有效調(diào)節(jié)。通過與常規(guī)PID控制方法比較，具有較強(qiáng)的跟蹤能力和輸出控制能力。

關(guān)鍵詞：集散式；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電；無模型自適應(yīng)控制；微網(wǎng)系統(tǒng)

引 言

大力發(fā)展和利用新能源，是解決當(dāng)前能源趨于枯竭的有效途徑，新能源業(yè)已成為未來能源結(jié)構(gòu)中的主要能源支撐之一。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電作為最為廣泛的新能源發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)被大量應(yīng)用到各個場所，但就其效率及合理使用尚未得到有效的控制和應(yīng)用，本文主要是在微網(wǎng)理論的指導(dǎo)下，提出了一種基于集散式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的自適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了分布式電源的靈活性特點(diǎn)，將各個可單機(jī)獨(dú)立的小型風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)集群成動態(tài)冗余結(jié)構(gòu)的發(fā)電單元，并且有儲能及管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置單元、檢測及控制單元、用戶負(fù)載單元，相對于主網(wǎng)該系統(tǒng)即是一個微型電網(wǎng)絡(luò)，可獨(dú)立供網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷有效持續(xù)供電，通過自適應(yīng)控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)功率與能量的自動平衡，確保網(wǎng)內(nèi)用電的合理與可靠，且微網(wǎng)系統(tǒng)作為一個可控的模塊化單元，能夠并入電網(wǎng)，并在線實(shí)時監(jiān)測和判斷電網(wǎng)故障信息，電網(wǎng)發(fā)生故障時，安全有效脫離電網(wǎng)轉(zhuǎn)入離網(wǎng)運(yùn)行，確保微網(wǎng)系統(tǒng)的安全。

1 自適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電儲能裝置、電壓轉(zhuǎn)換模塊、負(fù)載、快速切換裝置及監(jiān)控系統(tǒng)單元組成，采用直流匯接，交流并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，獨(dú)立組成一個可控的微型電網(wǎng)。系統(tǒng)采用集散式結(jié)構(gòu)設(shè)計，將n個單機(jī)獨(dú)立的風(fēng)光發(fā)電子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信通道組成動態(tài)冗余結(jié)構(gòu)的群系統(tǒng)，群系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)可單機(jī)運(yùn)行，也可群內(nèi)互為冗余，結(jié)合自適應(yīng)控制方法，應(yīng)用面板機(jī)制和中央監(jiān)控處理，系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)自動投切、調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各微系統(tǒng)的優(yōu)化組合；群系統(tǒng)的設(shè)計考慮孤島效應(yīng)，利用雙向逆變裝置實(shí)現(xiàn)平滑并入電網(wǎng)及快速脫離電網(wǎng)的切換控制。這種集散式結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大優(yōu)點(diǎn)就是提高微網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠性，各子系統(tǒng)或單機(jī)組故障不會影響群系統(tǒng)繼續(xù)供電，故障端也不會受影響，大大提高了供電質(zhì)量。

集散式自適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）微網(wǎng)內(nèi)每個DG子系統(tǒng)均可獨(dú)立運(yùn)行，各DG獨(dú)立實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與控制，當(dāng)某個DG子系統(tǒng)出現(xiàn)故障后自動脫離主系統(tǒng)；負(fù)荷按重要程度分類分級控制，在系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)時根據(jù)負(fù)荷分類情況進(jìn)行整體調(diào)控。

（2）微網(wǎng)可獨(dú)立運(yùn)行，考慮風(fēng)光發(fā)電的間歇性及其無律波動性的特點(diǎn)，采用恒功率控制方式，在保證高精負(fù)荷不間斷供電的前提下，自動調(diào)整一般負(fù)荷的投切與退出，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)DG發(fā)電功率與負(fù)荷用電功率的平衡。

（3）微網(wǎng)可并入電網(wǎng)，采用鎖相技術(shù)，主動檢測與跟蹤電網(wǎng)的頻率和電壓，在電壓與頻率參數(shù)與電網(wǎng)匹配時，系統(tǒng)通過“公共連接點(diǎn)”自動平滑并網(wǎng)運(yùn)行，參數(shù)不匹配時，系統(tǒng)會自動脫離電網(wǎng)；在電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落、故障、停電時，該系統(tǒng)快速脫離電網(wǎng)，轉(zhuǎn)入離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式，保障該系統(tǒng)的安全及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的正常供電。

（4）微網(wǎng)系統(tǒng)的儲能環(huán)節(jié)能夠穩(wěn)定系統(tǒng)，削峰填谷，改善微網(wǎng)電能質(zhì)量。微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模小，負(fù)荷的波動，可再生能源發(fā)電波動對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響很大，用儲能系統(tǒng)可以在負(fù)荷低谷或DG發(fā)電過剩時存儲能量，而在負(fù)荷高峰或DG發(fā)電缺額時輸出能量，從而充分利用光伏、風(fēng)力等可再生能源，穩(wěn)定微電網(wǎng)系統(tǒng)。利用儲能系統(tǒng)電力電子設(shè)備剩余容量還可進(jìn)行無功和諧波補(bǔ)償，調(diào)節(jié)微電網(wǎng)的電壓幅值，改善電壓THD，提高各DG性能，提高微網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

2 微網(wǎng)控制策略與方法

眾所周知，風(fēng)能和太陽能具有非線性及時變性的顯著特點(diǎn)，輸出結(jié)果且受諸多因素的干擾及影響，導(dǎo)致發(fā)電效率低且不穩(wěn)定。如何使風(fēng)能、太陽能最大限度的為人類所用一直是許多學(xué)者研究和探索的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文提出一種無模型自適應(yīng)控制方法MFAC（Model Free Adaptive Control），該方法是一種新的系統(tǒng)辨識思想，是建模與控制一體化的結(jié)合，不需要過程模型，僅利用受控系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)來直接設(shè)計控制器，較常規(guī)PID控制比較，算法簡單，計算量小，收斂速度快，非常適用于解決非線性及時變性的系統(tǒng)控制問題。

2.1 系統(tǒng)功率

2.2 功率修正補(bǔ)償

系統(tǒng)配有儲能裝置，當(dāng)DG總功率大于負(fù)載實(shí)際總功率時，蓄電池可將多余能量存儲起來，當(dāng)DG總功率小于負(fù)載實(shí)際總功率時，蓄電池可作為能量補(bǔ)充，起到調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率平衡和穩(wěn)壓作用，2.3 無模型自適應(yīng)控制器設(shè)計

無模型自適應(yīng)控制基本思想：將非線性系統(tǒng)在小范圍內(nèi)進(jìn)行折線化，在受控系統(tǒng)軌線附件用動態(tài)線性時變模型來替代一般的非線性系統(tǒng)，然后構(gòu)造控制輸入準(zhǔn)則函數(shù)和參數(shù)估計準(zhǔn)則函數(shù)，根據(jù)優(yōu)化思想得到控制和參數(shù)估計算法。

3 系統(tǒng)仿真對比試驗(yàn)

4 結(jié) 論

通過與PID控制方法的仿真對比試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了無模型自適應(yīng)控制方法在非線性及時變性的微網(wǎng)系統(tǒng)中的跟蹤能力及輸出控制方面明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：建模與控制一體化；沖破了PID和線性框架的束縛；打破了參數(shù)自適應(yīng)的限制，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)自適應(yīng)。該方法在理論上另辟蹊徑，在處理非線性系統(tǒng)中應(yīng)有更深入的研究和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]侯忠生.無模型自適應(yīng)控制的現(xiàn)狀與展望.控制理論與應(yīng)用，2006，23（4）

[2]原慧軍，王效華，徐進(jìn).光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測與防止[J].可再生能源，2007，25（2）.

[3]李玲，王歡歡，謝利理.基于集散控制的分布式電源并網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)研究.[J]計算機(jī)測量與控制，2010，18（3）.

[4]楊里平，方彥軍.基于PROFIBUS集散控制系統(tǒng)的設(shè)計和研究[J].微計算機(jī)信息2008（24）.

[5]黃偉，孫昶輝，吳子平，張建華.含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)技術(shù)研究綜述.電網(wǎng)技術(shù)Vol.33No.9.

[6]孫淑杰，侯立剛，蘇成利.一種基于虛擬參考反饋調(diào)整的無模型自適應(yīng)控制.2012，41（5）.

[7]Anderson Brian D.O.，Dehghani Arvin.Challenges of adaptive control-past，permanent and future[J].Anunual Reviews in Control，2008，32（2）.

作者簡介：劉娜（1980-），女，錦州人，國彪電源集團(tuán)有限公司，東北大學(xué)，博士在讀，信息科學(xué)與工程學(xué)院，研究方向?yàn)槟：R別與智能控制，中級工程師。

冷曉華（1978-），女，國網(wǎng)朝陽縣供電公司（122000）。