岸基供电下船舶分布式能源虚拟同步发电机控制方法研究
这是一篇关于岸电,船舶分布式能源,虚拟同步发电机,无模型自适应控制,微电网的论文, 主要内容为船舶采用岸基供电需通过断电连接,切换电源过程中存在全船失电的问题,造成人力、物力资源的浪费。船舶分布式能源作为船舶辅助电源,通过提高船舶靠港期间微电网供电的稳定性与可靠性,可实现部分船舶负载设备的不间断供电。与陆地微电网不同,船舶微电网是独立的电力系统,其容量有限、易受负载波动影响;其次船舶微电网电气系统功率密度大、能源种类繁多,对微电网发电功率密度有较高要求。因此研究岸基供电下船舶分布式能源控制具有重要的理论和工程实践意义。本文主要以船舶分布式能源逆变器为研究对象,将无模型自适应控制算法作为研究基础,深入研究虚拟同步发电机控制,设计岸基供电下的船舶微电网逆变控制系统;同时针对船舶光伏系统输出功率优化,基于无模型自适应控制研究最大功率点跟踪控制方法。着眼于解决岸基供电下船舶分布式能源功率优化控制问题、调频控制问题及并网预同步控制问题,具体研究内容包括:(1)针对靠港船舶光伏发电系统输出功率优化控制问题,并充分考虑复杂海况天气、船舶横摇和海盐结晶导致的船舶光伏发电系统模型参数时变,设计船舶光伏系统最大功率点跟踪无模型自适应控制方法。该方法基于光伏发电系统的输出和输入数据设计最大功率点跟踪无模型自适应控制器,进而获得光伏发电系统升压电路控制信号,通过收敛性证明和仿真分析,所提控制方法改善了最大功率点跟踪控制的响应速度及控制精度。(2)针对岸基供电下微电网逆变器离网模式由于负载设备投切导致的频率偏移问题,提出基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制。该方法基于虚拟同步发电机转子离散化运动方程数据模型设计了二次调频无模型自适应控制器,并采用径向基神经网络观测器对包含船舶负载扰动的非线性项进行观测,基于无模型自适应控制算法设计虚拟同步发电机虚拟输入机械功率的自适应调整,实现船舶微电网的二次无差调频。(3)针对岸基供电下船舶微电网逆变器离并网模式的平滑切换问题,并充分考虑传统预同步控制控制精度差、过渡时间长的缺点,提出基于无模型自适应控制的船舶微电网并网预同步控制。该方法基于逆变器输出电压分量来计算虚拟功率,通过设计虚拟功率无模型自适应控制器,获得逆变器误差补偿角频率与补偿电压幅值,并分别将其引入虚拟同步发电机控制算法中的功频控制器与励磁控制器,进而实现船舶分布式逆变器输出电压与船舶低压交流岸电同步,通过仿真验证了所提控制方法的有效性和优越性。(4)针对船舶靠港期间微电网并网预同步控制过程的频率偏移越限问题,提出基于智能自学习控制的船舶微电网并网预同步控制。该方法基于船舶微电网与低压岸电之间的相位差数据模型设计智能自学习虚拟同步发电机预同步控制器,通过预同步过程中虚拟同步发电机功频下垂系数的自适应调整避免船舶微电网输出频率的偏移越限,仿真表明所提控制方法可实现船舶微电网快速平滑并网,并保障船舶本地异步电机负载的正常稳定工作。
基于区块链的微电网分布式能源交易系统设计与实现
这是一篇关于区块链,分布式能源交易,微电网,代理联盟的论文, 主要内容为随着可再生能源产业的迅速发展以及分布式发电技术的兴起,越来越多的微电网被应用到电网中为用户提供区域性电能服务,可提高供电服务质量。对于多微网与大电网形成的复杂供电系统,通过多微网间以及微电网与大电网之间的能源交易优化电能供给,成为新型电电力系统下虚拟电厂发展的重要方向。传统的集中式大电网交易存在维护成本高、交易效率差、安全性和公平性较差等问题,已经不能满足未来分布式能源交易市场的发展需求。本文分析了国内外对于微电网分布式能源交易的研究现状和现有市场模型,针对现有微电网分布式能源交易存在的交易效率低、交易过程不透明、交易信息不安全等问题,本论文设计并实现了基于区块链的微电网分布式能源交易系统原型,具体工作如下:1.针对微电网的特性,设计涵盖微电网内、微电网间、微电网与大电网间的分布式能源交易模型,该模型包含基于聚合代理的微电网交易机制与基于代理联盟的多微网交易机制,聚合代理利用智能合约来管理能源,选择最优的电力传输路径,并促成分布式发电方和电力用户之间的能源流动和资金转移。每个微电网选出一个聚合代理的代表,组成代理联盟,负责多微网间的能源交易。2.针对微电网能源交易模型中具体的交易流程,设计了考虑用户风险态度的报价策略和考虑过网费的出清策略。报价策略根据市场交易情况和用户风险态度动态调整报价,可以帮助分布式发电方和电力用户更好地适应市场,从而保证交易方利益最大化。出清策略考虑能源在传输过程中的损耗,可以促使微电网内能源就近消纳,提高效率,避免浪费。3.基于以上研究内容,本文基于区块链技术设计并实现了适用于微电网内、微电网间、微电网与大电网间的分布式能源交易系统原型,包括系统架构和业务流程的总体设计以及针对区块链支撑模块和智能合约服务模块的详细设计,在区块链开源平台Fabric的基础上,使用智能合约和Java相关技术实现算法逻辑,研发系统原型并测试验证。
基于云计算技术的微电网大数据平台设计与开发
这是一篇关于微电网,并行化计算,分布式存储,大数据,网络通信的论文, 主要内容为现有微电网的在线监控管理系统大多使用关系型数据库存储运行数据,采用计算资源有限的单机运行方式分析处理数据。面对日益增长的微电网运行数据,现有的微电网管理系统不能满足大规模运行数据的存储和计算分析需求。同时,不同微电网独立而分散,无法实现多个微电网之间的数据共享。文章以云计算技术中并行化计算技术与分布式存储技术为核心,结合主流Web前后端和网络通信技术,对微电网大数据平台进行设计与开发。首先,介绍了本课题的研究背景与意义,分析了云计算研究现状以及其在微电网中的应用现状,并阐述了构建微电网大数据平台所需的Web前后端、并行化计算与分布式存储、高性能NIO通信技术的原理。其次,对微电网大数据平台从数据采集、存储与检索、分析与计算可视化四个方面进行功能需求分析,并对不同的功能需求进行了技术方案设计。针对数据采集问题,提出并实现了一种基于Netty的微电网实时数据传输采集方式。针对数据存储与检索问题,对MySQL并发存储、索引与事务控制进行设计开发,设计并实现了基于Solr的HBase二级索引方案。针对分析计算需求,实现了随机森林并行化光伏发电预测的离线计算与多微电网实时发电量统计的流计算业务功能。针对可视化需求,通过SVG技术结合电力系统公共信息模型CIM实现电气线路的Web可视化,Vue.js实现微电网大数据分析结果可视化。最后,通过分析并发请求下基于Netty的微电网实时采集方式的吞吐量、响应时间、接收端堆栈运行情况,验证了该实时数据采集方式的可行性。在测试多种数据库连接池并发性能后,选用BoneCP作为存储程序连接池,验证了多消费者进行并发执行读写任务方案可以有效提高存储效率。通过对比不同列族数对分布式存储系统HBase的性能影响,验证HBase表采用1至3个列族数作为存储海量微电网数据的合理性。在分析随机森林并行化算法预测光伏发电的平均绝对误差与加速比后,验证了随机森林并行化算法具有良好预测精度与加速比。
基于微服务架构的微电网能源数据采集分析系统
这是一篇关于微服务,微电网,数据采集,java,netty的论文, 主要内容为微电网的应用推广是近年来电力节能减排的重要产业手段之一,微电网能够对供电设备及用电设备进行数据采集,并在此基础上实现数据分析进而达到对电力的合理调度,从而提高用电效率,这类课题也是很多电力企业目前研究的重点。笔者通过对传统分布式软件技术架构、webservice体系技术架构、微服务体系架构的深入比较研究,着重分析了上述三种架构中各分层的具体特征,其中微服务架构具有耦合性低、计算可伸缩的技术优势。结合非阻塞多路复用的网络通信技术,能够满足复杂用电场景下的数据计算需求。因此,本系统基于微服务体系架构实现了微电网能源数据采集分析。基于微服务体系架构的微电网能源数据采集分析系统采用Java语言开发,使用SpringCloud微服务架构,可以部署在所有主流操作系统之上。本系统架构分为数据展示层、应用服务层及数据计算层。其中,数据展示层采用响应式框架以及Echarts数据可视化技术;应用服务层采用SpringCloud技术框架;数据计算层程序采用Netty技术,适配IEC104TCP协议采集数据。本系统中,数据被采集后存放于远程数据库中,系统首先根据适配协议的规则进行规则化处理,再进一步根据各种维度数据如设备、空间、时间等维度进行汇集处理,最后根据各种指标的计算规则进行最终的数据加工处理。数据计算完成后,前台程序可根据不同维度对数据进行对比、汇总、分析,能够直观的以图表形式展现。此系统的实现,为工业园区能源运营管理提供了一个共享、实时的综合化数据平台。一方面提高电能调度决策的工作的效率与水平,另一方面也能够提高工业园区的能源服务的质量。
基于虚拟同步机控制技术的独立风光储微电网系统研究
这是一篇关于分布式能源,微电网,虚拟同步机,二次调频的论文, 主要内容为随着传统能源所带来的环境问题日益严重,为了优化能源结构,减少二氧化碳排放量,国家提出了“双碳计划”,而电力行业是则是达成双碳目标需要重点建设的领域,利用分布式能源代替传统能源是减少二氧化碳排放的重要手段,近些年在分布式电源和微电网技术研究方面取得了不错的成果,更多的清洁能源被加以利用成为微电网中的一员,可是由于风力、光伏等分布式电源出力容易受到自然条件的影响,但风能和太阳能在发电时存在天然性的优势互补,可通过配置储能装置构成风光互补微电网,以提高分布式电源供电的稳定性、可靠性和经济效益。本文根据不同分布式发电装置的固有特性,对不同分布式发电装置及储能装置采用不同控制策略,设计了一种具有能量管理能力的直流子微电网,并通过仿真实验,验证了该系统中分布式系统间具备相互协调并可以根据系统需求平稳输出电能的能力。逆变器作为连接分布式能源和交流电网的重要组成部分,传统的控制手段无法满足供电灵活性和可靠性的技术要求,本文以微电网孤岛模式安全稳定运行为目标,基于虚拟同步机控制技术,借鉴传统主从控制思想,通过改进虚拟同步机功频控制器,使指定逆变器具备二次调频能力,通过建立孤岛模式下VSG小信号模型对其关键参数进行分析并结合现有研究给出了关键参数的选取方法,最终设计了一种适用于偏远地区具备能量管理及二次调频能力的小型独立风光储微电网,基于MATLAB/Simulink平台建立所设计微电网系统模型,通过模拟不同工况,验证了所设计系统的可行性,为独立微电网的应用在理论与工程上提供了一定的参考价值。
基于风光出力特性的微网源荷储优化调度研究
这是一篇关于微电网,源荷储,自适应粒子群,天牛须,优化调度的论文, 主要内容为近年来,全球能源短缺和环境污染的问题日益严重,这一现象引起了社会各界的广泛关注。为了缓解能源短缺问题,人们逐渐增加了以光伏、风力等清洁能源为主的分布式发电机组的规模。但当分布式电源接入电网后,由于其出力水平具有很大的随机性和波动性,导致微网系统对电源侧、储能侧以及负荷侧的优化调度问题变得越来越复杂。目前,在微网稳定、经济运行方面仍存在可靠性较差、运行成本高以及供需侧输出功率不匹配等常见问题;同时适用于微网优化调度的智能算法大多数都存在收敛速度和精度不兼容、容易陷入“早熟”等缺点,所以针对以上微网源荷储优化调度相关问题进行研究,本文的主要工作内容如下:1.在对微电网运行的理论和能量优化调度的技术展开研究的基础上,分别建立微电网组成结构的数学模型,分析分布式电源出力特性、储能装置的充放电特性及需求侧负荷的特点。考虑微网各组成单元的日运行成本和负荷变化量,建立微网源荷储双层优化调度模型,依据相应约束条件和分时电价机制,提出微网源荷储优化调度策略。2.提出了天牛须-自适应粒子群(BAS-APSO)求解算法。该算法在对粒子群算法改进动态惯性权重的基础上,结合了天牛须搜索的优势,使BAS-APSO算法同时兼容了收敛速度快、搜索精度高的寻优性能,提高了算法的收敛性和稳定性。通过测试和与其他算法对比,该算法在搜索前期的全局搜索能力和后期局部寻优性能上均优异于其他算法。3.通过MATLAB平台对微网的双层优化调度模型和求解算法进行了仿真分析,验证了模型的合理性和算法的有效性。对比不同场景的风光出力,选出可以代表风光出力特性的典型场景,分别从微网源荷储的日前优化调度和日内优化调度两个阶段进行研究。结果表明所提出的模型和求解算法在提升微网综合运行效益的同时,有效提升了微网对新能源的利用率;充分发挥了微网源荷储各侧的资源互补和错峰效益,高效完成了微网系统的协调优化调度。4.搭建了微网能量监测与管理系统。具体给出了系统总体设计的结构方案,完成了整体系统的软、硬件设计,实现了对微网系统内设备数据的采集、解析、存储以及对运行数据的远程显示和实时监测。本文提出的双层优化调度模型和针对模型求解的改进算法具有良好的可用性,为微网源荷储优化调度提供了一种可行的办法,对微电网运行的环保性、经济性有着重要意义。
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