[发明专利]基于干扰观测器的多光伏光柴混合系统协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光柴混合系统控制技术，特别涉及一种基于干扰观测器的多光伏光柴混合系统协调控制方法。

背景技术

光伏新能源以其无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭等优点而越来越受到人们的关注[1-2]。光柴混合供电系统[3]是解决我国偏远地区用电的重要途径。由于光伏新能源受天气变化的影响其输出功率具有波动性、随机性、间歇性等特点，特别是多个光伏系统和柴油发电系统联合供电时，电源出力的波动性以及系统中负荷的不断变化可能会引起混合供电系统有功功率不平衡和频率大幅偏移，超出安全运行范围，需要采取适当的频率控制策略[2-4]。

近年来，关于如何降低可再生能源输出功率波动的研究已取得一定成果。文献[5-8]针对光伏最大功率跟踪控制进行了优化策略，减小由于受天气条件的影响而产生的光伏输出功率的波动性，但是没有考虑微网中负荷变化的影响，并且没有直接针对系统频率偏差进行调节。文献[9]通过增加蓄电池储能设备来改善光伏系统的电能质量，使得光伏系统的输出变得更加平滑，但是当光伏系统大规模应用时，需要安装大容量的蓄电池，将会导致光伏系统安装成本大幅增加，而且使用蓄电池会带来不可避免的环境问题。此外还有学者专门设计负载电阻来消耗波动的功率，但这并不能有效的抑制功率波动。文献[3]提出了基于最小阶观测器的光柴混合系统的多光伏协调控制策略。通过设计最小阶观测器预测系统负荷值，利用估计的负荷值来调节光伏系统的功率输出，从而减小了系统的频率偏差。但是文献中所设计的最小阶观测器[10-11]只适用于确定线性系统，而实际电力系统由于负荷波动都是不确定的。

基于以上研究成果，本文提出了基于干扰观测器的多光伏协调控制研究。建立了光柴供电系统的模型，分析了太阳能发电的基本原理和特性。设计了干扰观测器，估计出混合电力系统中不断变化的负荷值。再根据估计的负荷值计算出负荷的变化值，利用负荷的变化值调节各光伏系统的输出功率，进而实现对各光伏板出力的协调控制。最后通过对10个光伏板在不同日照强度下的出力情况和频率变化进行了仿真分析研究。

[1]             Woyte A., Thong V.V., Belmans R., Nijs J.: ‘Voltage fluctuations on distribution level introduced by photovoltaic systems’, IEEE Trans. Energy Convers., 2006, 21(1), pp. 202–209.

[2]             Asano H., Yajima K., Kaya Y.: ‘Influence of photovoltaic power generation on required capacity for load frequency control’, IEEE Trans. Energy Convers., 1996, 11(1), pp. 188–193.

[3]             Tomonobu Senjyu, Manoj Datta, Atsushi Yona and Chul-Hwan Kim, “A Control Method for Small Utility Connected Large PV System to Reduce Frequency Deviation Using a Minimal-Order Observer”, IEEE Transactions on energy conversion, VOL. 24, NO. 2, JUNE 2009, pp520-528.

[4]             E. Wiemken, H. G. Beyer, W. Heydenreich, and K. Kiefer, “Power characteristics of PV ensembles: Experiences from the combined power production of 100 grid connected PV systems distributed over the area of Germany,” Solar Energy, 2001，70(6), pp. 513–518.