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摘要
大力发展可再生能源,实现清洁能源共享,是构建能源互联网的重要驱动力。伴随着电力市场的建立和发展,涌现了独立的发电、输电和配电公司或者系统运营商,它们代表着不同的利益群体。另外,为了提升消纳可再生能源的能源系统的利用效率,不同能源资源的互补性质促使传统上独立的能源系统(例如电力系统,天然气系统,供热系统甚至是交通系统)集成在一起。这些因素导致未来的能源系统更大、更复杂,它是一个由多个互连微源或多个互联区域或多个耦合能源系统组成的大型非线性高度结构化的多主体系统,出于计算负担和信息安全考量,很难采用一个集中的协调者去控制和优化这种多主体系统。为了应对这个挑战,需要构建分布式控制和优化的框架,通过各个主体进行协同合作,完成系统的运行目标。本文针对这一课题,从由小及大的多主体对象出发,研究了无协调者情景下的协同控制和优化的方法,主要包括以下四个方面:(1)本文提出了一种用于多微源孤岛微电网二次电压和频率恢复的协同控制策略,通过使用事件触发的方法来减少控制器更新的次数。所提出的方法以较少的计算资源来抵消孤岛微电网中的一次控制造成的频率和电压偏差。事件触发的条件是基于判断状态误差是否已达到与标准状态相关的触发条件来定义的。为了应对两种不同的通讯架构,本文设计了一种分布式事件触发控制策略(该策略不需要协调者,仅需要相邻微源的信息),并与集中式事件触发策略(需要一个协调者收集所有微源的状态)进行比较。另外,基于李雅普诺夫函数,结合通讯的拓扑结构,给出了相应的稳定性和收敛性分析。(2)本文尝试构建了信息物理融合的微电网仿真平台。针对如何在信息系统和物理系统仿真测试台之间同步仿真时间的难题,基于MATLAB/Simulink的工具箱True Time,建立了微电网的协同仿真测试方法。将电力系统优化调度常用的边际成本一致性引入微电网的下垂控制,形成分布式经济下垂控制。在此测试平台上测试了使用分布式经济下垂控制的对减少经济成本的有效性,并且仿真了丢包和带宽占用对控制策略的影响。(3)本文提出了完全分散(无需协调者)的对偶一致性优化方法,建立了基于全局和基于分区的含碳交易的电力系统动态调度数学模型,并将风电纳入碳排放交易系统。为了应对各个区域对隐私保护的客观需求,通过共享分区子问题之间的耦合约束相关联的拉格朗日乘子,而不是通常共享的相邻母线上的相角,实现了基于交替乘子法的分布式对偶一致性算法,从而保护了每个区域的关键私有信息。此外,通过采用有限时间平均一致性算法,使得对偶一致性转化为一种完全分散的算法,该算法可使每个分区以有限的步骤迭代地实现共享信息的一致。为了进行比较,首先实施了基于全局的集中式优化,然后用电力系统的三种不同的分区方式和对应的通讯拓扑对提出的无协调者的算法进行了测试。(4)本文提出了一种用于无协调者情景下的电-气互联系统协同优化的松弛交替乘子法,并考虑了风电不确定性对互联系统的影响。本文采用机会约束规划,通过数据驱动,得到风电预测误差概率分布的模糊集,并且基于不同的概率分布假设将机会约束和目标函数转化为易于求解的形式。针对有无协调者的不同情景,本文分别给出了基于松弛交替乘子法的求解步骤。特别地,在无协调者的情景下,本文考虑了在电-气两个主体迭代计算的过程中,交换信息存在丢包率时对收敛效果的影响。
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