微网的预测 控制与优化运行

前　言
第 1部分　微网的功率预测方法分析与研究
第 1章　绪论 …………………………………………………………………………… 3
1.1　背景及研究意义 ……………………………………………………………… 3
1.2　国内外研究现状及展望 ……………………………………………………… 5
1.2.1　微网能量管理系统 …………………………………………………… 5
1.2.2　光伏功率预测的研究现状 …………………………………………… 7
1.2.3　风电功率预测的研究现状 …………………………………………… 8
1.2.4　风光发电短期功率预测研究方向的展望 …………………………… 9
1.3　本部分主要研究内容 ………………………………………………………… 9
1.3.1　光伏短期功率预测的研究内容 ………………………………………10
1.3.2　风电短期功率预测的主要内容 ………………………………………10
1.3.3　本部分的章节安排 ……………………………………………………10
第 2章　预测模型的关键技术 ……………………………………………………… 12
2.1　基于密度峰值的聚类算法 ……………………………………………………12
2.1.1　气象特征因子的影响 …………………………………………………12
2.1.2　密度峰值聚类算法 ……………………………………………………13
2.1.3　层次聚类算法的实现 …………………………………………………14
2.2　统计学习理论 …………………………………………………………………15
2.2.1　统计学习理论的概念 …………………………………………………15
2.2.2　VC维和 SVM …………………………………………………………15
2.2.3　Mercer定理和软间隔分离 ……………………………………………17
2.2.4　RBF神经网络 …………………………………………………………18
2.3　改进优化算法的原理 …………………………………………………………19
2.3.1　FOA ……………………………………………………………………19
2.3.2　改进 FOA法 …………………………………………………………… 20
2.3.3　与 GA、PSO算法的对比……………………………………………… 20
2.4　集合经验模态分解 ……………………………………………………………20
2.4.1　EMD原理 ……………………………………………………………… 21
2.4.2　抑制白噪声 ……………………………………………………………22
2.5　本章小结 ………………………………………………………………………22
第 3章　基于密度峰值层次聚类的短期光伏功率预测模型 ……………………… 23
3.1　气象特征分析及聚类算法实现 ………………………………………………23
3.1.1　天气状态与光伏出力的相关性分析 …………………………………23
3.1.2　层次聚类算法的实现 …………………………………………………25
3.1.3　与传统聚类算法的对比 ………………………………………………28
3.2　基于 SVM的天气类型聚类识别 ……………………………………………29
3.2.1　SVM模型的建立 ……………………………………………………… 29
3.2.2　SVM训练参数的确定及识别结果评估 ……………………………… 29
3.3　光伏短期功率预测模型设计 …………………………………………………31
3.3.1　预测模型的结构设计 …………………………………………………31
3.3.2　预测结果及评估 ………………………………………………………32
3.4　本章小结 ………………………………………………………………………34
第 4章　基于 EEMD的短期风电功率预测模型 …………………………………… 35
4.1　风电功率短期预测的影响因素分析 …………………………………………35
4.1.1　风电场历史数据的处理 ………………………………………………36
4.1.2　气象特征参数分析 ……………………………………………………36
4.2　基于 EEMD的短期风功率预测模型建立 …………………………………… 38
4.2.1　EEMD的参数优化 ……………………………………………………39
4.2.2　EEMD对于风速时间序列的模态分解 ………………………………40
4.3　风电序列的相空间重构 ………………………………………………………42
4.3.1　相空间重构原理 ………………………………………………………42
4.3.2　延迟时间和嵌入维度的确定 …………………………………………42
4.4　基于改进 FOA的参数优化 LS-SVM模型 …………………………………42
4.4.1　LS-SVM模型 …………………………………………………………42
4.4.2　基于改进 FOA优化 LS-SVM的参数 ………………………………… 43
4.5　基于 EEMD的风速 -风功率预测模型 ………………………………………46
4.5.1　风速短期预测仿真结果 ………………………………………………46
4.5.2　风功率短期预测的实现 ………………………………………………49
4.6　本章小结 ………………………………………………………………………52
第 5章　总结与展望 ………………………………………………………………… 53
5.1　总结 ……………………………………………………………………………53
5.2　展望 ……………………………………………………………………………54
第 1部分参考文献 …………………………………………………………………… 55
第 2部分　交流微网的协调控制方法分析与研究
第 6章　绪论 ………………………………………………………………………… 61
6.1　研究背景与意义 ………………………………………………………………61
6.2　国内外微网发展状况 …………………………………………………………62
6.2.1　国内外微网发展现状 …………………………………………………62
6.2.2　微网控制技术现状 ……………………………………………………63
6.3　本部分主要研究内容 …………………………………………………………64
第 7章　光伏并网技术 ……………………………………………………………… 66
7.1　光伏系统的建模 ………………………………………………………………66
7.1.1　光伏发电的工作原理及模型 …………………………………………66
7.1.2　光伏电池发电 MPPT控制和直流变换 ………………………………69
7.1.3　仿真分析 ………………………………………………………………72
7.2　交流微网并网技术研究 ………………………………………………………73
7.2.1　系统并网的结构 ………………………………………………………74
7.2.2　逆变器控制技术基础 …………………………………………………74
7.2.3　滤波器技术 ……………………………………………………………75
7.2.4　坐标变换 ………………………………………………………………75
7.3　光伏并网技术研究 ……………………………………………………………76
7.3.1　光伏并网的工作原理及模型 …………………………………………76
7.3.2　光伏并网仿真分析 ……………………………………………………77
7.4　本章小结 ………………………………………………………………………80
第 8章　分布式电源接口逆变器的控制策略 ……………………………………… 81
8.1　分布式发电并网一般结构 ……………………………………………………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　传统的下垂控制 ………………………………………………………………94
8.4.1　分布式电源的功率传输特性 …………………………………………94
8.4.2　下垂控制器 ……………………………………………………………97
8.4.3　下垂控制仿真分析 ………………………………………………… 100
8.5　改进型下垂控制 …………………………………………………………… 102
8.5.1　电压电流双环控制 ………………………………………………… 103
8.5.2　功率环控制 ………………………………………………………… 105
8.5.3　改进型下垂控制仿真分析 ………………………………………… 107
8.6　VSG控制 …………………………………………………………………… 108
8.6.1　VSG控制的系统结构 ……………………………………………… 108
8.6.2　带 Washout滤波器的 VSG控制器设计 …………………………… 110
8.6.3　带 Washout滤波器的 VSG控制仿真分析 ………………………… 112
8.7　基于自适应旋转惯量的 VSG控制器 ……………………………………… 115
8.7.1　常规的 VSG控制存在问题 ………………………………………… 115
8.7.2　基于自适应旋转惯量的 VSG控制 ………………………………… 116
8.7.3　基于自适应旋转惯量的 VSG控制器结构 ………………………… 117
8.7.4　基于自适应旋转惯量的 VSG控制仿真分析 ……………………… 118
8.8　本章小结 …………………………………………………………………… 120
第 9章　微网综合控制策略 ………………………………………………………… 122
9.1　对等控制策略 ……………………………………………………………… 122
9.1.1　对等控制原理及特点 ……………………………………………… 122
9.1.2　对等控制仿真分析 ………………………………………………… 124
9.2　主从控制策略 ……………………………………………………………… 127
9.2.1　主从控制原理及特点 ……………………………………………… 127
9.2.2　主从控制仿真算例分析 …………………………………………… 129
9.3　多主从混合协调控制 ……………………………………………………… 132
9.3.1　多主从混合协调控制原理及特点 ………………………………… 132
9.3.2　多主从混合控制仿真分析 ………………………………………… 133
9.4　辅助主从协调控制策略 …………………………………………………… 136
9.4.1　辅助主从协调控制原理及特点 …………………………………… 136
9.4.2　带辅助单元的主从控制仿真分析 ………………………………… 137
9.5　本章小结 …………………………………………………………………… 141
第 10章　总结与展望 ………………………………………………………………… 142
10.1　总结 ………………………………………………………………………… 142
10.2　展望 ………………………………………………………………………… 142
第 2部分参考文献 …………………………………………………………………… 144
第 3部分　直流微网及混合微网的协调控制方法分析与研究
第 11章　绪论 ………………………………………………………………………… 151
11.1　微网的架构与分类 ………………………………………………………… 151
11.1.1　微网的架构 ………………………………………………………… 151
11.1.2　微网的分类 ………………………………………………………… 152
11.1.3　当前微网协调控制所存在的问题及其改进策略 ………………… 153
11.2　本部分的研究内容 ………………………………………………………… 155
11.2.1　本部分的主要内容 ………………………………………………… 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变换器的研究 ……………………………………………………… 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　风电模型的建立及其控制策略的研究 …………………………………… 176
12.3.1　风电模型的建立 …………………………………………………… 176
12.3.2　风电控制策略的研究 ……………………………………………… 178
12.4　蓄电池模型的建立及其控制策略的研究 ………………………………… 180
12.4.1　蓄电池模型的建立 ………………………………………………… 180
12.4.2　蓄电池控制策略的研究 …………………………………………… 181
12.5　本章小结 …………………………………………………………………… 184
第 13章　直流微网控制策略的研究 ………………………………………………… 185
13.1　直流微网的架构 …………………………………………………………… 185
13.2　直流微网控制策略的研究 ………………………………………………… 186
13.2.1　分级控制的研究 …………………………………………………… 186
13.2.2　变功率控制的研究 ………………………………………………… 188
13.2.3　两种控制策略的仿真对比 ………………………………………… 193
13.3　本章小结 …………………………………………………………………… 194
第 14章　交流微网控制策略的研究 ………………………………………………… 195
14.1　交流微网的架构 …………………………………………………………… 195
14.2　交流微网控制策略的研究 ………………………………………………… 196
14.2.1　PQ控制 …………………………………………………………… 197
14.2.2　V/f控制 …………………………………………………………… 197
14.2.3　直流电压控制 ……………………………………………………… 199
14.3　基于直流电压控制与改进型恒压控制的交流微网的协调控制 ………… 200
14.4　本章小结 …………………………………………………………………… 204
第 15章　交直流混合微网控制策略的研究 ………………………………………… 205
15.1　混合微网的架构及其建模 ………………………………………………… 205
15.2　混合微网控制策略的研究 ………………………………………………… 207
15.3　混合微网各工作模式仿真分析 …………………………………………… 208
15.3.1　混合微网在模式 1的仿真分析 …………………………………… 208
15.3.2　混合微网在模式 2的仿真分析 …………………………………… 210
15.3.3　混合微网在模式 3的仿真分析 …………………………………… 212
15.3.4　混合微网在模式 4的仿真分析 …………………………………… 214
15.4　混合微网模式间切换的仿真分析 ………………………………………… 216
15.5　常规控制策略与新型控制策略的仿真对比分析 ………………………… 221
15.6　本章小结 …………………………………………………………………… 222
第 16章　总结与展望 ………………………………………………………………… 223
16.1　总结 ………………………………………………………………………… 223
16.2　展望 ………………………………………………………………………… 224
第 3部分参考文献 …………………………………………………………………… 225
第 4部分　微网的优化运行方法分析与研究
第 17章　绪论 ………………………………………………………………………… 231
17.1　研究背景及意义 …………………………………………………………… 231
17.2　微网经济优化运行国内外研究现状 ……………………………………… 232
17.2.1　国外微网经济优化运行研究现状 ………………………………… 232
17.2.2　国内微网经济优化运行研究现状 ………………………………… 233
17.3　本部分主要研究内容 ……………………………………………………… 235
第 18章　微网经济调度优化模型及调度策略 ……………………………………… 237
18.1　微网分布式电源模型 ……………………………………………………… 237
18.1.1　光伏发电数学模型 ………………………………………………… 237
18.1.2　风力机发电数学模型 ……………………………………………… 238
18.1.3　微型燃气轮机数学模型 …………………………………………… 239
18.1.4　蓄电池数学模型 …………………………………………………… 240
18.1.5　燃料电池数学模型 ………………………………………………… 241
18.1.6　电动汽车数学模型 ………………………………………………… 242
18.2　微网 24h优化调度策略 …………………………………………………… 243
18.3　本章小结 …………………………………………………………………… 244
第 19章　混合储能系统的微网经济优化运行 ……………………………………… 245
19.1　微网经济优化数学模型 …………………………………………………… 245
19.1.1　目标函数 …………………………………………………………… 245
19.1.2　约束条件 …………………………………………………………… 246
19.2　NSGA-Ⅱ多目标优化算法 ……………………………………………… 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　本章小结 …………………………………………………………………… 257
第 20章　基于改进型量子遗传算法的微网经济优化运行 ………………………… 258
20.1　微网经济调度及优化运行模型 …………………………………………… 258
20.1.1　目标函数 …………………………………………………………… 258
20.1.2　约束条件 …………………………………………………………… 258
20.2　改进型量子遗传算法求解 ………………………………………………… 259
20.2.1　量子遗传算法基本原理 …………………………………………… 259
20.2.2　改进型量子遗传算法基本原理 …………………………………… 259
20.2.3　改进型量子遗传算法流程 ………………………………………… 261
20.3　算例分析 …………………………………………………………………… 262
20.4　本章小结 …………………………………………………………………… 269
第 21章　微网三相负荷不平衡经济调度及优化运行 ……………………………… 270
21.1　微网三相负荷不平衡数学模型 …………………………………………… 270
21.1.1　微网三相负荷不平衡 ……………………………………………… 270
21.1.2　微网三相负荷函数建立 …………………………………………… 272
21.2　算例分析 …………………………………………………………………… 272
21.3　本章小结 …………………………………………………………………… 275
第 22章　总结与展望 ………………………………………………………………… 276
22.1　总结 ………………………………………………………………………… 276
22.2　展望 ………………………………………………………………………… 277
第 4部分参考文献 …………………………………………………………………… 278