含风电电力系统有功功率模型预测控制方法综述

模型预测控制(model predictive control,MPC)是一种先进的优化算法,其优势在于通过滚动优化和反馈校正弥补预测模型精度不高的缺点,抑制扰动,提高鲁棒性.近年来已成为应对大规模风电并网不确定性建模的研究热点.该文全面梳理基于模型预测控制的大规模风电并网的电力系统有功功率控制领域中的发展现状,特别是...     

含分布式光伏的配电网模型预测控制优化方法

分布式光伏的高渗透率和不确定性对节点电压和潮流分布产生了较大影响,给配电网的安全运行带来了新的挑战,如何对含分布式光伏的配电网进行有效准确的优化控制是亟须解决的问题。为此,文中提出一种含分布式光伏的配电网模型预测控制优化方法,以减小节点电压偏差和网络损耗为目标,基于模型预测控制方法不断更新预测信息并构建优化模型,对分布式光伏和储能设备进行滚动优化控制。采用修改的IEEE 33节点系统作为算例进行验证,仿真结果表明配电网的节点电压偏差和网络损耗得到了有效降低,优化效果相较于日前优化方法更贴近实际结果。基于模型预测控制,所提方法有助于配电网在分布式光伏接入下安全运行,且能减小控制方案与实际情况的偏差。     

基于模型预测控制的孤岛微电网二次调节策略

受线路阻抗的影响,传统的P-f和Q-V下垂控制无法实现无功功率按比例精确分配,且所有分布式电源输出电压的幅值偏离电压基准值;负荷波动时,频率无法维持在额定频率值。提出一种基于模型预测控制(MPC)的二次调节策略,通过优化下垂控制的频率和电压参考值,将频率和平均电压维持在各自的基准值,实现无功功率按额定容量比例精确分配的目标,并减小了输出电压与基准电压间的偏移量。该策略以一定的采样周期将分布式电源的状态空间模型离散化,经滚动优化和反馈校正获得频率和电压的控制变量,分别添加到P-f和Q-V初级控制中,实现优化频率与电压的二次调节,且减少了比例—积分(PI)控制参数,降低了对系统参数的敏感度。MATLAB/Simulink仿真验证了所提策略与基于PI控制的二次调节策略相比,在负荷波动时具有更快的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

基于模型预测控制的分布式光伏集群协调优化控制

分布式光伏发电的高密度接入给配电网原有的经济、稳定运行带来了不小的挑战。为了减少分布式光伏发电接入配电网造成的网络损耗,提高光伏发电的经济性,首先分析和归纳了分布式光伏集群的概念和特点;然后针对配电网内的分布式电源、柔性负荷、无功功率调节设备等装置在时间尺度、控制功能方面的调节特性,提出了一种含分布式光伏集群的协调优化调度方法。该方法以模型预测控制为基础,动态滚动协调光伏集群未来一段时间内的有功出力和无功出力,起到减小网络损耗和优化系统电压的作用。采用PGE 69节点系统在MATLAB数学软件下进行建模仿真分析,结果证明了所提优化控制方法的可行性和有效性。     

基于分布式模型预测控制的含分布式储能有源配电网动态电压控制

针对大规模分布式电源(distributed generator,DG)接入配电网造成的电压越限问题,提出一种基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)的含分布式储能有源配电网动态电压控制方法,协调配电网中大量分布式光伏(Photovoltaic,PV)...     

一种采样模型预测控制的动态电压恢复器控制方法

针对目前动态电压恢复器(DVR)多采用根据当前状态做出未来动作的控制方法,从微观上看总会因为采样和反馈信息与控制动作之间存在时间延迟而产生误差的问题,提出一种通过预测下一控制周期的输出从而确定下一控制周期控制动作的闭环结构的模型预测控制(MPC)方法。该方法基于前向欧拉法建立控制预测模型,通过反馈校正的方法减少预测误差,并通过建立合适的目标函数,确定应用于下一控制周期的最佳开关组合。利用MATLAB/Simulink软件搭建所提控制方法的仿真模型,仿真结果表明,提出的MPC方法能有效减少DVR的补偿误差,具有响应速度快、谐波含量低、设计简单等优点。     

考虑可控负荷的多区域电力系统分布式模型预测负荷频率控制

由于同步发电机的惯性较大,导致传统的集中式负荷频率控制模式反应不够迅速,而用户侧具有快速响应能力的可控负荷资源为系统的频率调节提供了新机遇。研究了考虑用户侧可控负荷资源主动参与系统频率调节的多区域互联电力系统分布式模型预测负荷频率控制问题。通过建立的含可控负荷的多区域互联电力系统负荷频率响应模型及自动发电控制模型,基于连续时域交替方向乘子法和分布式模型预测控制方法,提出了一种用户侧可控负荷资源主动参与的多区域互联电力系统分布式模型预测最优负荷频率控制模型。基于修改的IEEE39节点三区域互联电力系统进行仿真验证,结果表明所提考虑可控负荷的分布式模型预测控制策略可显著减少系统恢复至稳态所需的时间。分布式控制策略的控制自由度更高,增强了系统的可控性。     

单元机组协调系统的模型预测控制

单元机组中的锅炉-汽轮机协调系统,具有滞后、耦合、时变以及模型不确定性等特点。针对该协调过程,设计了一种预测控制策略,它利用预测模型与滚动优化策略,减小了模型不确定性、时变以及滞后等因素的影响。最后通过300 MW单元机组协调控制系统的仿真实验,验证了所设计控制算法的性能。结果表明在机组工况发生变化或受到干扰时,被控系统具有快速的负荷适应性、良好的抗扰动能力和很强的鲁棒性,是一种具有实用价值的单元机组协调控制方法。     

基于模型预测控制的多时间尺度无功电压优化控制方法

针对高比例风电接入下电网电压快速、频繁波动的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的多时间尺度电网无功电压优化控制方法。在日前优化安排离散无功补偿设备的基础上,日内采用基于MPC的滚动优化及校正控制思路,利用连续无功补偿装置对电压进行控制。首先,建立基于灵敏度的电网电压预测模型,预测得到未来多个时刻的电网电压运行状态;然后,以未来多个时刻的电网电压预计控制偏差最小为优化目标,建立日内滚动优化控制模型,求解得到连续无功补偿装置的无功控制计划,并通过电压控制偏差校正,完成日内无功电压模型预测控制;最后,以我国"三北"地区某风电场集群为例进行仿真计算,通过与传统电压控制方法进行对比,验证所提方法在提高电压控制水平方面的可行性和有效性。     

基于模型预测控制的永磁同步电机电流控制技术综述

永磁同步电机(PMSM)驱动控制技术的性能直接决定着整个电机驱动系统的性能。由于模型预测控制(MPC)技术可以对多输入多输出(MIMO)系统进行滚动优化控制,且容易施加约束,因此基于MPC的电机驱动技术正逐渐受到关注。回顾并总结了近年来国内外学者在基于MPC的PMSM电流控制方面所做的研究,并对现有技术中的基于单矢量、双矢量以及三矢量的电流控制技术进行了建模并进行了电流输出波形分析。最后综合比较了现有技术的优缺点,并讨论了现有技术尚存的一些问题和未来发展的主要方向。     

含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法

光热电站具有良好的可调节特性,能够弥补常规机组调节能力不足,促进风电、光伏消纳。然而,光热电站的可调节能力受到太阳能直射辐射情况以及蓄热装置初始蓄热量的影响,增加了光热电站接入下多源联合系统协调优化难度。为此,提出了含光热电站接入的多源联合系统模型预测控制方法。首先,建立了光热电站功率调节特性、能量储存运行特性的数学模型;在此基础上,基于多源联合机组组合滚动优化及反馈校正的模型预测控制MPC思路,提出了含光热电站接入的多源联合系统滚动优化模型及相应的优化方法,进而得到含光热电站接入的多源联合系统优化控制方案;最后,以某含光热电站接入的新能源送端电网为例进行仿真计算,仿真结果验证了所提方法在挖掘光热电站有功调节能力、促进风光电消纳方面的有效性。     

基于改进模型预测控制的微电网能量管理策略

微电网中分布式电源出力具有间歇性、波动性等特点,并且负荷形式多样,分布式电源和负荷的不确定性会导致微电网能量优化的不确定性。为了更好地解决上述问题,提出了一种基于改进模型预测控制(MPC)的双层多时间尺度微电网优化策略。传统MPC优化中某些模型参数固定,难以及时处理系统中的突发扰动;并且传统MPC的单个优化周期时长有限,难以处理一些与时间相关或影响优化结果全局性的复杂约束。根据微电网中不确定性因素及复杂约束提出MPC的自适应改进,能更好地适应微电网设备投切灵活、发电功率受外界影响大等特性,更好地保障系统的鲁棒性与优化的精确性。基于日前计划优化出未来的能量分配及负荷调度;在日内基于改进MPC并参考日前优化结果进行实时能量优化,从而使目标更优,提高结果的准确性。最后应用MATLAB进行仿真,证明了所提策略的适用性和准确性。     

模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用发展综述

随着数字技术的发展,模型预测控制(MPC)已经广泛应用于交流传动系统。首先介绍了经典MPC策略——有限控制集MPC和连续控制集MPC的原理。其次综述了多步预测控制、多矢量预测控制、具有参数鲁棒性的预测控制、广义模型预测、显式模型预测这些常见的改进MPC的研究现状,并提出相关研究思路。最后,根据MPC的应用需求和研究现状,展望了未来需要进一步深入和拓展的研究方向。     

感应电机模型预测磁链控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)具有原理简单、多变量控制和容易处理非线性约束等优点,是近年来在电力电子与电力传动领域受到广泛关注和研究的一种控制方法。MPC一般基于最小化目标函数的原则来实现系统的优化控制,但当目标函数中控制变量的量纲不一致时,需要设计相应的权重系数来实现对多个变量的同时控制。以感应电机的磁链和转矩控制为例,由于目前尚缺乏通用的理论设计方法来确定磁链和转矩的权重系数,为保证调速系统在不同的运行点具有良好的动静态性能,在实际应用中需要通过大量的仿真或实验来确定权重系数的大小。为此,提出一种适用于感应电机控制的改进MPC。通过深入推导磁链和转矩之间的解析关系,将定子磁链幅值和电磁转矩的同时控制转换为等效的定子磁链矢量的控制,从而消除了传统方法中繁琐的权重设计,而且算法简单,容易实现。此外,文中还对数字控制延迟进行了补偿,并且采用预励磁的方法来增大起动转矩,并减小起动电流。最后,在两电平逆变器感应电机平台上进行了仿真和实验,结果表明所提方法在很宽的速度范围内都有良好的性能。     

感应电机无差拍模型预测转矩控制研究

传统模型预测控制（MPC）在三相两电平逆变器驱动感应电机系统中需对所有电压矢量进行滚动优化预测,计算成本高,实施难度大。为此,提出一种无差拍（DB）MPC,将滚动优化预测电压矢量从8个减少到3个。通过求解DB电压矢量和对DB扇区的划分,根据空间电压矢量位置确定扇区,只将扇区内矢量进行单步滚动优化预测,输出相对应的最优开关状态。仿真结果表明:DB预测转矩控制在减轻系统计算负担情况下,达到与传统MPC几乎相同的稳态跟踪性能。     

含规模化风电场/群的互联电网负荷频率广域分散预测控制

由于风电输出功率具有较强的随机性,规模化风电场/群的并网对互联电网负荷频率控制提出了更高的要求。在分析单一风电机组及规模化风电场有功输出特点的基础上,建立计及风电场/群有功输出的互联电网负荷频率控制模型。以广域相量测量系统为技术平台,建立基于模型预测控制的含规模化风电场/群互联电网的负荷频率分散预测控制模型。以典型双区域负荷频率控制模型为例,考虑不同风电渗透率情况。仿真研究结果表明,所提基于模型预测控制的负荷频率分散控制模型不但能够有效地跟踪风电输出功率的随机波动,维持系统频率及区域间交换功率在较小的范围内变化,并且控制效果明显优于常规PI型负荷频率控制器。     

基于MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。     

一种基于节点比较法的三相四桥臂并网逆变器模型预测控制方法

三相四桥臂并网逆变器在三相四线制系统中得到了广泛的应用。建立了三相四桥臂LCL型并网逆变器的精确模型,采用模型预测控制并综合考虑跟踪误差与开关损耗,求出最合适的开关序列,其效果优于传统控制方法。为了解决运算量大的问题,使用球形译码算法,把代价函数匹配为球形译码的标准形式,同时引入一种新的初始半径选取方法,即节点比较法,进而减小计算量。仿真结果表明,所提方法中电流波形的跟踪误差和谐波失真均满足要求,并有较好的动态响应。