微網(wǎng)的預測 控制與優(yōu)化運行

前　言
第 1部分　微網(wǎng)的功率預測方法分析與研究
第 1章　緒論 …………………………………………………………………………… 3
1.1　背景及研究意義 ……………………………………………………………… 3
1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及展望 ……………………………………………………… 5
1.2.1　微網(wǎng)能量管理系統(tǒng) …………………………………………………… 5
1.2.2　光伏功率預測的研究現(xiàn)狀 …………………………………………… 7
1.2.3　風電功率預測的研究現(xiàn)狀 …………………………………………… 8
1.2.4　風光發(fā)電短期功率預測研究方向的展望 …………………………… 9
1.3　本部分主要研究內(nèi)容 ………………………………………………………… 9
1.3.1　光伏短期功率預測的研究內(nèi)容 ………………………………………10
1.3.2　風電短期功率預測的主要內(nèi)容 ………………………………………10
1.3.3　本部分的章節(jié)安排 ……………………………………………………10
第 2章　預測模型的關(guān)鍵技術(shù) ……………………………………………………… 12
2.1　基于密度峰值的聚類算法 ……………………………………………………12
2.1.1　氣象特征因子的影響 …………………………………………………12
2.1.2　密度峰值聚類算法 ……………………………………………………13
2.1.3　層次聚類算法的實現(xiàn) …………………………………………………14
2.2　統(tǒng)計學習理論 …………………………………………………………………15
2.2.1　統(tǒng)計學習理論的概念 …………………………………………………15
2.2.2　VC維和 SVM …………………………………………………………15
2.2.3　Mercer定理和軟間隔分離 ……………………………………………17
2.2.4　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡 …………………………………………………………18
2.3　改進優(yōu)化算法的原理 …………………………………………………………19
2.3.1　FOA ……………………………………………………………………19
2.3.2　改進 FOA法 …………………………………………………………… 20
2.3.3　與 GA、PSO算法的對比……………………………………………… 20
2.4　集合經(jīng)驗模態(tài)分解 ……………………………………………………………20
2.4.1　EMD原理 ……………………………………………………………… 21
2.4.2　抑制白噪聲 ……………………………………………………………22
2.5　本章小結(jié) ………………………………………………………………………22
第 3章　基于密度峰值層次聚類的短期光伏功率預測模型 ……………………… 23
3.1　氣象特征分析及聚類算法實現(xiàn) ………………………………………………23
3.1.1　天氣狀態(tài)與光伏出力的相關(guān)性分析 …………………………………23
3.1.2　層次聚類算法的實現(xiàn) …………………………………………………25
3.1.3　與傳統(tǒng)聚類算法的對比 ………………………………………………28
3.2　基于 SVM的天氣類型聚類識別 ……………………………………………29
3.2.1　SVM模型的建立 ……………………………………………………… 29
3.2.2　SVM訓練參數(shù)的確定及識別結(jié)果評估 ……………………………… 29
3.3　光伏短期功率預測模型設(shè)計 …………………………………………………31
3.3.1　預測模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………………………31
3.3.2　預測結(jié)果及評估 ………………………………………………………32
3.4　本章小結(jié) ………………………………………………………………………34
第 4章　基于 EEMD的短期風電功率預測模型 …………………………………… 35
4.1　風電功率短期預測的影響因素分析 …………………………………………35
4.1.1　風電場歷史數(shù)據(jù)的處理 ………………………………………………36
4.1.2　氣象特征參數(shù)分析 ……………………………………………………36
4.2　基于 EEMD的短期風功率預測模型建立 …………………………………… 38
4.2.1　EEMD的參數(shù)優(yōu)化 ……………………………………………………39
4.2.2　EEMD對于風速時間序列的模態(tài)分解 ………………………………40
4.3　風電序列的相空間重構(gòu) ………………………………………………………42
4.3.1　相空間重構(gòu)原理 ………………………………………………………42
4.3.2　延遲時間和嵌入維度的確定 …………………………………………42
4.4　基于改進 FOA的參數(shù)優(yōu)化 LS-SVM模型 …………………………………42
4.4.1　LS-SVM模型 …………………………………………………………42
4.4.2　基于改進 FOA優(yōu)化 LS-SVM的參數(shù) ………………………………… 43
4.5　基于 EEMD的風速 -風功率預測模型 ………………………………………46
4.5.1　風速短期預測仿真結(jié)果 ………………………………………………46
4.5.2　風功率短期預測的實現(xiàn) ………………………………………………49
4.6　本章小結(jié) ………………………………………………………………………52
第 5章　總結(jié)與展望 ………………………………………………………………… 53
5.1　總結(jié) ……………………………………………………………………………53
5.2　展望 ……………………………………………………………………………54
第 1部分參考文獻 …………………………………………………………………… 55
第 2部分　交流微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制方法分析與研究
第 6章　緒論 ………………………………………………………………………… 61
6.1　研究背景與意義 ………………………………………………………………61
6.2　國內(nèi)外微網(wǎng)發(fā)展狀況 …………………………………………………………62
6.2.1　國內(nèi)外微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 …………………………………………………62
6.2.2　微網(wǎng)控制技術(shù)現(xiàn)狀 ……………………………………………………63
6.3　本部分主要研究內(nèi)容 …………………………………………………………64
第 7章　光伏并網(wǎng)技術(shù) ……………………………………………………………… 66
7.1　光伏系統(tǒng)的建模 ………………………………………………………………66
7.1.1　光伏發(fā)電的工作原理及模型 …………………………………………66
7.1.2　光伏電池發(fā)電 MPPT控制和直流變換 ………………………………69
7.1.3　仿真分析 ………………………………………………………………72
7.2　交流微網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)研究 ………………………………………………………73
7.2.1　系統(tǒng)并網(wǎng)的結(jié)構(gòu) ………………………………………………………74
7.2.2　逆變器控制技術(shù)基礎(chǔ) …………………………………………………74
7.2.3　濾波器技術(shù) ……………………………………………………………75
7.2.4　坐標變換 ………………………………………………………………75
7.3　光伏并網(wǎng)技術(shù)研究 ……………………………………………………………76
7.3.1　光伏并網(wǎng)的工作原理及模型 …………………………………………76
7.3.2　光伏并網(wǎng)仿真分析 ……………………………………………………77
7.4　本章小結(jié) ………………………………………………………………………80
第 8章　分布式電源接口逆變器的控制策略 ……………………………………… 81
8.1　分布式發(fā)電并網(wǎng)一般結(jié)構(gòu) ……………………………………………………81
8.2　PQ控制 ………………………………………………………………………… 82
8.2.1　PQ控制器 ……………………………………………………………… 82
8.2.2　PQ控制仿真分析 ……………………………………………………… 86
8.3　V/f控制………………………………………………………………………… 87
8.3.1　V/f控制器 ……………………………………………………………… 88
8.3.2　V/f控制仿真分析 ……………………………………………………… 92
8.4　傳統(tǒng)的下垂控制 ………………………………………………………………94
8.4.1　分布式電源的功率傳輸特性 …………………………………………94
8.4.2　下垂控制器 ……………………………………………………………97
8.4.3　下垂控制仿真分析 ………………………………………………… 100
8.5　改進型下垂控制 …………………………………………………………… 102
8.5.1　電壓電流雙環(huán)控制 ………………………………………………… 103
8.5.2　功率環(huán)控制 ………………………………………………………… 105
8.5.3　改進型下垂控制仿真分析 ………………………………………… 107
8.6　VSG控制 …………………………………………………………………… 108
8.6.1　VSG控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ……………………………………………… 108
8.6.2　帶 Washout濾波器的 VSG控制器設(shè)計 …………………………… 110
8.6.3　帶 Washout濾波器的 VSG控制仿真分析 ………………………… 112
8.7　基于自適應旋轉(zhuǎn)慣量的 VSG控制器 ……………………………………… 115
8.7.1　常規(guī)的 VSG控制存在問題 ………………………………………… 115
8.7.2　基于自適應旋轉(zhuǎn)慣量的 VSG控制 ………………………………… 116
8.7.3　基于自適應旋轉(zhuǎn)慣量的 VSG控制器結(jié)構(gòu) ………………………… 117
8.7.4　基于自適應旋轉(zhuǎn)慣量的 VSG控制仿真分析 ……………………… 118
8.8　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 120
第 9章　微網(wǎng)綜合控制策略 ………………………………………………………… 122
9.1　對等控制策略 ……………………………………………………………… 122
9.1.1　對等控制原理及特點 ……………………………………………… 122
9.1.2　對等控制仿真分析 ………………………………………………… 124
9.2　主從控制策略 ……………………………………………………………… 127
9.2.1　主從控制原理及特點 ……………………………………………… 127
9.2.2　主從控制仿真算例分析 …………………………………………… 129
9.3　多主從混合協(xié)調(diào)控制 ……………………………………………………… 132
9.3.1　多主從混合協(xié)調(diào)控制原理及特點 ………………………………… 132
9.3.2　多主從混合控制仿真分析 ………………………………………… 133
9.4　輔助主從協(xié)調(diào)控制策略 …………………………………………………… 136
9.4.1　輔助主從協(xié)調(diào)控制原理及特點 …………………………………… 136
9.4.2　帶輔助單元的主從控制仿真分析 ………………………………… 137
9.5　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 141
第 10章　總結(jié)與展望 ………………………………………………………………… 142
10.1　總結(jié) ………………………………………………………………………… 142
10.2　展望 ………………………………………………………………………… 142
第 2部分參考文獻 …………………………………………………………………… 144
第 3部分　直流微網(wǎng)及混合微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制方法分析與研究
第 11章　緒論 ………………………………………………………………………… 151
11.1　微網(wǎng)的架構(gòu)與分類 ………………………………………………………… 151
11.1.1　微網(wǎng)的架構(gòu) ………………………………………………………… 151
11.1.2　微網(wǎng)的分類 ………………………………………………………… 152
11.1.3　當前微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制所存在的問題及其改進策略 ………………… 153
11.2　本部分的研究內(nèi)容 ………………………………………………………… 155
11.2.1　本部分的主要內(nèi)容 ………………………………………………… 155
11.2.2　本部分的主要工作 ………………………………………………… 155
第 12章　各微源的建模及其控制策略研究 ………………………………………… 157
12.1　Boost變換器的研究 ……………………………………………………… 157
12.2　光伏模型的建立及其控制策略的研究 …………………………………… 158
12.2.1　光伏模型的建立 …………………………………………………… 158
12.2.2　光伏功率控制的研究 ………………………………………… 163
12.2.3　光伏限功率控制的研究 …………………………………………… 169
12.3　風電模型的建立及其控制策略的研究 …………………………………… 176
12.3.1　風電模型的建立 …………………………………………………… 176
12.3.2　風電控制策略的研究 ……………………………………………… 178
12.4　蓄電池模型的建立及其控制策略的研究 ………………………………… 180
12.4.1　蓄電池模型的建立 ………………………………………………… 180
12.4.2　蓄電池控制策略的研究 …………………………………………… 181
12.5　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 184
第 13章　直流微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………………… 185
13.1　直流微網(wǎng)的架構(gòu) …………………………………………………………… 185
13.2　直流微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………………… 186
13.2.1　分級控制的研究 …………………………………………………… 186
13.2.2　變功率控制的研究 ………………………………………………… 188
13.2.3　兩種控制策略的仿真對比 ………………………………………… 193
13.3　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 194
第 14章　交流微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………………… 195
14.1　交流微網(wǎng)的架構(gòu) …………………………………………………………… 195
14.2　交流微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………………… 196
14.2.1　PQ控制 …………………………………………………………… 197
14.2.2　V/f控制 …………………………………………………………… 197
14.2.3　直流電壓控制 ……………………………………………………… 199
14.3　基于直流電壓控制與改進型恒壓控制的交流微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制 ………… 200
14.4　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 204
第 15章　交直流混合微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………… 205
15.1　混合微網(wǎng)的架構(gòu)及其建模 ………………………………………………… 205
15.2　混合微網(wǎng)控制策略的研究 ………………………………………………… 207
15.3　混合微網(wǎng)各工作模式仿真分析 …………………………………………… 208
15.3.1　混合微網(wǎng)在模式 1的仿真分析 …………………………………… 208
15.3.2　混合微網(wǎng)在模式 2的仿真分析 …………………………………… 210
15.3.3　混合微網(wǎng)在模式 3的仿真分析 …………………………………… 212
15.3.4　混合微網(wǎng)在模式 4的仿真分析 …………………………………… 214
15.4　混合微網(wǎng)模式間切換的仿真分析 ………………………………………… 216
15.5　常規(guī)控制策略與新型控制策略的仿真對比分析 ………………………… 221
15.6　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 222
第 16章　總結(jié)與展望 ………………………………………………………………… 223
16.1　總結(jié) ………………………………………………………………………… 223
16.2　展望 ………………………………………………………………………… 224
第 3部分參考文獻 …………………………………………………………………… 225
第 4部分　微網(wǎng)的優(yōu)化運行方法分析與研究
第 17章　緒論 ………………………………………………………………………… 231
17.1　研究背景及意義 …………………………………………………………… 231
17.2　微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ……………………………………… 232
17.2.1　國外微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行研究現(xiàn)狀 ………………………………… 232
17.2.2　國內(nèi)微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行研究現(xiàn)狀 ………………………………… 233
17.3　本部分主要研究內(nèi)容 ……………………………………………………… 235
第 18章　微網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化模型及調(diào)度策略 ……………………………………… 237
18.1　微網(wǎng)分布式電源模型 ……………………………………………………… 237
18.1.1　光伏發(fā)電數(shù)學模型 ………………………………………………… 237
18.1.2　風力機發(fā)電數(shù)學模型 ……………………………………………… 238
18.1.3　微型燃氣輪機數(shù)學模型 …………………………………………… 239
18.1.4　蓄電池數(shù)學模型 …………………………………………………… 240
18.1.5　燃料電池數(shù)學模型 ………………………………………………… 241
18.1.6　電動汽車數(shù)學模型 ………………………………………………… 242
18.2　微網(wǎng) 24h優(yōu)化調(diào)度策略 …………………………………………………… 243
18.3　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 244
第 19章　混合儲能系統(tǒng)的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行 ……………………………………… 245
19.1　微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化數(shù)學模型 …………………………………………………… 245
19.1.1　目標函數(shù) …………………………………………………………… 245
19.1.2　約束條件 …………………………………………………………… 246
19.2　NSGA-Ⅱ多目標優(yōu)化算法 ……………………………………………… 248
19.2.1　NSGA-Ⅱ算法基本原理 ………………………………………… 248
19.2.2　NSGA-Ⅱ算法求解流程 ………………………………………… 249
19.3　算例分析 …………………………………………………………………… 249
19.4　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 257
第 20章　基于改進型量子遺傳算法的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行 ………………………… 258
20.1　微網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度及優(yōu)化運行模型 …………………………………………… 258
20.1.1　目標函數(shù) …………………………………………………………… 258
20.1.2　約束條件 …………………………………………………………… 258
20.2　改進型量子遺傳算法求解 ………………………………………………… 259
20.2.1　量子遺傳算法基本原理 …………………………………………… 259
20.2.2　改進型量子遺傳算法基本原理 …………………………………… 259
20.2.3　改進型量子遺傳算法流程 ………………………………………… 261
20.3　算例分析 …………………………………………………………………… 262
20.4　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 269
第 21章　微網(wǎng)三相負荷不平衡經(jīng)濟調(diào)度及優(yōu)化運行 ……………………………… 270
21.1　微網(wǎng)三相負荷不平衡數(shù)學模型 …………………………………………… 270
21.1.1　微網(wǎng)三相負荷不平衡 ……………………………………………… 270
21.1.2　微網(wǎng)三相負荷函數(shù)建立 …………………………………………… 272
21.2　算例分析 …………………………………………………………………… 272
21.3　本章小結(jié) …………………………………………………………………… 275
第 22章　總結(jié)與展望 ………………………………………………………………… 276
22.1　總結(jié) ………………………………………………………………………… 276
22.2　展望 ………………………………………………………………………… 277
第 4部分參考文獻 …………………………………………………………………… 278