2022年微电网孤岛运行下的自整定模糊PID下垂控制器设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 微网孤岛运行下的 DG自整定模糊 PID下垂掌握器设计目 录电力系统分析作业一：微电网讨论综述. 1 1 微电网的提出 . 2 微电网的分类 . 3 微电网的掌握 . 电力系统作业二：孤岛运行下DG 采纳自整定模糊PID 下垂掌握 . 3 1 自整定模糊 PID 下垂掌握的提出 . 2 自整定模糊 PID 下垂掌握器参数整定 . 4 3 模糊掌握器的构建 . 作业三：仿真 . 1 仿真结果 . 2 仿真结果分析 . 附录 . 参考文献 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - -

2、- - 电力系统分析作业一：微电网讨论综述1 微电网的提出目前一味地扩大电网规模明显不能满意要求；人们开头另辟蹊径,分布式发电被提上了日程；分布式发电具有污染少、牢靠性高、能源利用效率高、安装地点敏捷等多方面优点,有效解决了大型集中电网的很多潜在问题；人们才开头对分布式发电系统的潜在效益绽开仔细研究,并发表了很多讨论报告和论文；分布式发电也称分散式发电或分布式供能,一般指将相对小型的发电装置 一般 50Mw 以下 分散布置在用户 负荷 现场或用户邻近的发电 供能 方式；分布式电源位置敏捷、分散的特点极好地适应了分散电力需求和资源分布,延缓了输、 配电网升级换代所需的巨额投资,同时, 它与大电网

3、互为备用也使供电牢靠性得以改善；分布式电源尽管优点突出, 但本身存在诸多问题,例如, 分布式电源单机接入成本高、掌握困难等； 另外,分布式电源相对大电网来说是一个不行控源因此大系统往往实行限制、隔离的方式来处置分布式电源,以期减小其对大电网的冲击；1EEE P1547对分布式能源的入网标准做了规定：当电力系统发生故障时,分布式电源必需立刻退出运行；这就大大限制了分布式能源效能的充分发挥；为和谐大电网与分布式电源间的冲突,充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益, 在本世纪初, 学者们提出了微电网的概念；微电网从系统观点看问题,将发电机、 负荷、储能装置及掌握装置等结合,形成一个单一可控

4、的单元,同时向用户供应电能和热能；微电网依其敏捷的配置结构和便利的运行方式在近年来得到广泛的讨论,它能在提高电力系统的安全性和牢靠性的同时,提高用户的供电质量和电网服务水平,促进了可再生能源分布式发电的应用； 传统电网为电源到负荷的单向潮流供电方式,微电网的接入将转变这种运行特性,并对微电网接入点的电压、线路潮流、线路电流、电能质量、继电爱护以及网络牢靠性等都将产生影响；微电网的基本结构图如图一所示：电网B 1PCCB2DRB3DRB4一般重要负荷负荷微网图1：微电网的基本结构目前, 沟通微网仍旧是微网的主要形式；沟通微网的网架基本结构相像,大多采纳辐射状网架, DG、储能装置等均通过电力电子

5、装置连接至沟通母线,通过PCC 处开关的掌握,可实现微网并网运行与孤岛运行模式的转换；但沟通网架结构与微电源容量及负荷对电能质量要求也亲密相关, 通常可以依据容量大小将沟通微网系统分为三类：以及偏远乡村级微网；系统级微网、 工商业区级微网微电网中接在用户侧的分布式发电（DG）,如光伏发电、 风力发电等,很好地实现了新能源利用,节能减排,但存在发电间歇性、需要大电网支撑、需要建设相同的备用容量、外部故障失去分布式发电等缺点；DG 与储能装置（ ES）联合构成的分布式电源（DR）,解决了新能源发电的间歇性；分布式能源 （DER ）在靠近用户侧生产电能和热能使新能源更充分利用,直接产生热能削减了电能

6、转换热能的损耗,不仅解决了新能源发电的间歇性,也解决了 DR与 DER1 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 存在的缺点；微电网中的电源多为微电源,亦即含有电力电子界面的小型机组 小于 100kw ,包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置；它们接在用户侧,具有低成本、低电压、低污染等特点；微电网既可与大电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行；它仍具有双重角色：对于公用电力企业,微电网可视为电力系统可控的“ 细胞”,例如；这个“ 细胞” 可以被掌握为一个简洁的可调度负荷

7、,可以在数秒内做出响应以满意传输系统的需要；对于用户, 微电网可以作为一个可定制的电源,以满意用户多样化的需求,例如,增强局部供电牢靠性,降低馈电损耗,支持当地电压,通过利用废热提高效率, 供应电压下陷的校正,或作为不行中断电源；由于微电网敏捷的可调度性且可适时向大电网供应有力支撑；此外,紧紧环绕全系统能量需求的设计理念和向用户供应多样化电能质量的供电理念是微电网的 2个重要特点；在接人问题上微电网的入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点 PCC ,而不针对各个详细的微电源；微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入问题,充分发挥了分布式电源的各项优势,仍为用户带来了其他多方面的效益；2 微电网

8、的分类微网的分类标准有很多,可以依据其复杂程度、功能、 结构等进行划分；基于微网结构的微电网类型, 依据微电源连接方式以及微网的掌握方式将微网分为并联式结构微网和串联结构微网； 依据交、 直流微网网架结构以及供电特点的不同,将微网分为沟通微网、直流微网和交直流混合微网； ,通常可以依据容量大小将沟通微网系统分为三类：系统级微网、工商业区级微网以及偏远乡村级微网；3 微电网的掌握微电网的掌握由微电网的结构分析可看到,微电网如此敏捷的运行方式与高质量的供电服务,离不开完善的稳固与掌握系统；掌握问题也正是微电网讨论中的一个难点问题；其中一个基本的技术难点在于微电网中的微电源数目太多,很难要求一个中心

9、掌握点对整个系统做出快速反应并进行相应掌握,往往一旦系统中某一掌握元件故障或软件出错,就可能导致整个系统瘫痪； 因此, 微电网掌握应当做到能够基于本地信息对电网中的大事做出自主反应,例如, 对于电压跌落、 故障、 停电等, 发电机应当利用本地信息自动转到独立运行方式,而不是像传统方式中由电网调度统一和谐；3类比较经典的微电网掌握方法：1 基于电力电子技术的“ 即插即用” 与“ 对等” 的掌握思想”依据微电网掌握要求,敏捷挑选与传统发电机相类似的下垂特性曲线进行掌握,将系统的不平稳功率动态安排给各机组承担,具有简洁、 牢靠、 易于实现的特点；但该方法没有考虑系统电压与频率的复原问题,也就是类似传

10、统发电机中的二次调整问题,因此,在微电网遭受严重扰动时,系统的频率质量可能无法保证；2 基于功率治理系统的掌握该方法采纳不同掌握模块对有功、无功分别进行掌握,很好地满意了微电网多种掌握的要求,特别在调剂功率平稳时,加入了频率复原算法,能够很好地满意频率质量要求；另外,针对微电网中对无功的不同需求,功率治理系统采纳了多种掌握方法,从而大大增加了掌握的灵活性并提高了掌握性能；3 基于多代理技术的微电网掌握方法该方法将传统电力系统中的多代理技术应用于微电网掌握系统；代理的自治性、 反应才能、自发行为等特点； ” 正好满意微电网分散掌握的需要,供应了一个能够嵌人各种掌握性能但又无需治理者常常显现的系统

11、；但目前多代理技术在微电网中的应用多集中于和谐市场交易、对能量进行治理方面,仍未深化到对微电网中的频率、电压等进行掌握的层面；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电力系统作业二：孤岛运行下DG 采纳自整定模糊PID 下垂掌握1 自整定模糊 PID 下垂掌握的提出针对微电网孤岛运行时分布式电源 提出了一种具有比例一积分一微分 DG 所采纳的传统电压频率下垂掌握方法的不足, PID 结构的改进下垂掌握方法,并依据电压和频率的变化,使用模糊推理技术来优化相应参数；设计了一种自适应模糊 PID 下垂掌握器,以进一步有效减

12、小微电网孤岛运行时由于扰动所造成的电压频率振荡；糊PID 下垂掌握器设计的正确性和有效性；通过仿真运算验证了所提出的模系统电压和频率掌握是微电网孤岛运行时需要重点解决的问题,目前所采纳的掌握方法主 要包括： 1）主从掌握,即仅有一个或多个分布式电源 DG 供应参考电压和参考频率；2）对 等掌握, 即采纳下垂掌握方法,利用有功功率一频率和无功功率一电压下垂曲线将微电网系统 的负荷功率安排给各 DG；4）多代理掌握, 将多代理技术与微电网掌握相结合,利用代理的自 治性、响应才能、自发行为等特点构建一个能够嵌入各种掌握且无需治理者常常参加的系统；目前微电网孤岛运行时讨论和应用较多的是对等掌握；有些采

13、纳通信线的方法来实现各DG之间的和谐掌握,但这些通信线限制了逆变器地理位置上的分布,同时也会给系统引入新的干扰； 依据微电网的结构特点以及掌握要求,无互联通信线的方法 如传统的下垂掌握 就更适用于微电网中基于逆变器DG 的掌握；该类方法只需检测逆变器自身的输出,通过调整自身输出电压的频率和幅值来掌握输出的有功功率和无功功率,进而实现并联 DG之间功率安排的合理性和微电网的稳固性；但传统的下垂掌握方法需采纳低通滤波器来运算每个工频周期逆变器输出的有功功率和无功功率,存在响应速度慢的固有缺点,且由于下垂因子固定,使得在负荷变化时母线电压的幅值和频率波动较大；同时由于各逆变器输出连接阻抗值存在差异,

14、从而很大程度上影响了无功功率安排的成效；有些分析了典型微电网中逆变器并联系统的有功环流和无功环流模型, 并针对传统下垂掌握时逆变器输出电压幅值和频率的不稳固问题,提出了改进的下垂系数自调剂方法,减小了微电网负荷突变情形下母线电压幅值及频率的波动,但这种方法需要挑选合适的掌握参数才能较好地实现掌握成效；有些针对传统逆变器无线并联系统稳态均流精度低和动态响应差等缺点,提出了基于传统无线并联下垂法的新型多环掌握结构,在传统的双环掌握结构中增加了负载电流和输出电压补偿环,但只能提高单台逆变器的性能；有些提出了带有修正项的下垂掌握方法,能有效跟踪功率变化,优化了微电网内部的负荷安排,同时仍可以防止微电网

15、内部负荷变化引起的振荡,但这种方法中修正项的参数整定比较困难；本文针对目前下垂掌握存在的电压幅值和频率波动较大以及下垂系数不易选取等问题,提出了一种具有比例一积分一微分 PID 结构,并使用模糊推理来进行参数整定的改进下垂掌握器,建立了该掌握器的数学模型,并给出了使用模糊推理进行参数整定的原理和详细实现方法；最后通过仿真运算对所提出的设计方法的正确性和有效性进行了验证；模糊 PID掌握也称自整定模糊 PID掌握；其工作原理是：在常规 PID掌握的基础上,采纳模糊掌握规律推理方法来调整 PID掌握算法中的参数；但经过模糊推理得到的结果不是直接作为系统的输出；而是用该结果来整定 PID掌握的参数,

16、再依据 PID 算法掌握系统的输出；本文以下图微电网为例来说明掌握器的设计；器接口并人微电网；该微电网包含 3个DG 及其本地负荷, 3个DG 均采纳逆变名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - Vb1I line1VPCCR line3I line3Vb3Ic1Rline1L line1R line2lline2I line2lline3 Vb2负荷 3Ic3DG1负荷 1Ic2DG3DG2负荷 2图 2：微电网结构图V0X90SPjQV bb图3：逆变器的等效电路图3是以电压源逆变器 VSC 为接口的 DG与微电网之间

17、的连接示意图；由图可见, 逆变器通过一个解耦阻抗与微电网在公共连接点 PCC 处相连；逆变器输出阻抗是高度感性的,即 Z X 90 o；依据微电网的并网运行和孤岛运行转换的特点,在传统下垂掌握方法中加入有功功率和无功功率的设定值,得到下垂掌握方程为：w w m p P P 0 （1）V od V od n p Q Q 0 （2）式中：P 和 Q 分别为 DG 的额定有功功率和无功功率； w 和 V od 分别为逆变器输出电压的额定角频率和幅值； Vod 为逆变器输出电压幅值的 d 轴重量 ； w 为逆变器输出电压的角频率；m 和 n p 分别为频率和电压的下垂因子；本文提出了一种具有 PID结

18、构的新型功率安排掌握器；这种掌握器具有 3个自由度, 可以在调剂静态下垂特性的同时改善系统的暂态特性；该新型下垂掌握器可描述为：t dPw w m p P P m 1 P P d m Ddt （3）V od V n q Q Q 0 n 1 t Q Q d n D dQdt （4）式中：m 和 n 在稳态负荷安排中起主要作用；m 和 n D 用以改善系统的动态性能；m 和行 n 用以排除系统的稳态误差；当微电网内部负荷显现显著变化时,m 和 n D 以及 m 和 n 根据功率变化率的大小对下垂掌握起到修正作用,确保系统的稳固性和良好的暂态响应特性,因此 m ,n D,m ,n 也称为修正因子；2

19、 自整定模糊 PID 下垂掌握器参数整定模糊掌握具有鲁棒性好、算法简洁等优点,对于非线性系统具有很好的适应性；因此, 本文利用模糊掌握进行 PID掌握器的参数整定； 将式 3 和式 4 所示具有 PID结构的新型电压幅值和频率下垂掌握器加以改进,设计成能够自适应调剂 PID参数 k ,K ,k 的模糊 PID下垂控制器,由于 m ,m ,m 和 n ,n ,n D 的整定方法是相同的,并且通过不同的比例因子量4 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 化以后模糊集合也是相同的,因此,本文后续部分将以k ,K ,kD分别代

20、表上述 2组参数中的3个参数；模糊规章与推理Vod + -Ee tdtkpKIkDVod新型电压幅值和频率wde t w t EPID 下垂掌握器图4： 模糊 PID下垂掌握系统原理图PID 掌握的参数整定自整定模糊 PID掌握算法是利用模糊掌握算法来优化传统 PID掌握； 其核心技术就是优化传统 PID ；常规 PID掌握的掌握算式为：在 PID参数整定时,必需考虑到不同时刻比例系数 k ；积分系数 K 、微分系数 k ；这 3个参数的作用以及它们之间的耦合关系；针对不同的误差 E和误差变化量1 当 E较小时,应取较大的使系统具有良好的稳态性能；E,参数整定原就如下：k 和 K ；以及适当的

21、 k ；防止系统在平稳点邻近显现振荡；2 当 E中等大小时,应取较小的 k p；及适当的 K ,和 k ；使系统具有较小的超调量；3当E较大时,应取较大的 k 和较小的 k ,使系统响应加快；3 模糊掌握器的构建图 5：模糊掌握器图5构建二输入、三输出的模糊掌握器以误差 E和误差变化量 E作为输入, PID掌握的3个参数 K 、k 、k 作为输出当 E为0时,系统工作在最大功率点上；e t ,ce t ,K I,k D,k 的隶属度函数如图 6所示 ；5 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图六：隶属度函数作业三：仿

22、真1 仿真结果1）第一是编写 2个输入, 3个输出的隶属度函数；接下来的是模糊规章,一共 49条；图7：模糊掌握器的建立图8：隶属度函数的建立依据 49条模糊掌握规章,模糊掌握器进行 PID掌握 3个参数 k ,K ,k D 的自适应调剂；在Matlab 模糊掌握规律观看器里,所得结果经过重心法解模糊化后,解模糊用到得规章是取隶属度最大的那个数即 MOM 算法,得出相应的输出结果；2 本文仿真了三相中一相电源的仿真图：6 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 9：没有本文掌握方法设计的掌握器的仿真图图 10：本文掌

23、握方法设计的掌握器的仿真图本文掌握方法设计的掌握器的三相的仿真图：图11：本文掌握方法设计的掌握器的仿真图2 仿真结果分析本文提出的方法能通过实时调剂PID 掌握参数来抑制系统暂态响应从而实现平滑的功率注入,因此系统更加稳固,输出波形也更加平稳；本文所提出的具有模糊 PID结构的下垂掌握器不仅能更精确平稳地在各DG 之间安排负荷,同时在显现较大干扰时能较好地抑制系统电压幅值和频率的波动,保证了系统具有良好的动态特性和稳固性；7 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 8 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页

24、,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录参考文献1 杨志淳,刘开培,乐健等孤岛运行微电网中模糊 PID 下垂掌握器设计 J 电力系统自动化,2022, 37122 李福东,吴敏微网孤岛模式下负荷安排的改进掌握策略 J 中国电机工程学报,201l , 3113 18 253 肖俊明,祝海明,谭明等自整定模糊 PID算法在微电网 MPPT中的应用讨论 J 中原工学院学报,2022, 22（ 6）4 袁越,李振杰,冯宇,等中国进展微网的目的方向前景 J 电力系统自动化,2022, 34159-63 5 丁明,张颖媛,茆美琴微网讨论中的关键技术 J 电网技术, 2022,3311 ：6-11 6 刘金琨 著先进 PID 掌握及其 MATLAB 仿真电力电子出版社9 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页