基于二次型最优控制理论的孤岛型微电网能量优化管理策略

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1、基于二次型最优控制理论的孤岛型微电网能量优化管理策略EnergyoptimizationmanagementstrategyofIslandMicrogridBasedonquadricoptimalcontroltheory学科专业：控制科学与工程作者姓名：苗海丽指导教师：夏超英教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十二月摘要微电网作为利用太阳能和风能等可再生能源的有效方式之一，能够缓解能源危机和环境压力，引起了各国政府和研究机构的广泛重视。不同微电源输出功率的优化分配，对于提高微电网的发电经济

2、性，减小发电过程中的环境污染，具有重要的现实意义。与大电网不同，微电网中引入的太阳能发电和风能发电以及储能装置，增加了能量管理问题的复杂度。本文针对现有的微电网能量优化管理策略不能同时兼顾实时性和最优性的问题，提出了基于二次型最优控制理论的微电网能量优化管理策略。首先，分析储能电池的充放电特性，建立储能电池的动态数学模型，得到二次型最优控制理论应用所需的系统状态方程。然后，从满足电力负荷需求和限制储能电池剩余电量（也称荷电状态，Stateofcharge，SOC）的波动范围的角度，设计了扩展的二次型最优输

3、出输出跟踪器的性能指标。通过理论推导，得到了扩展的二次型最优输出跟踪器的最优控制律，并根据黎卡提微分方程的性质，结合微电网中负荷功率的平均值变化缓慢的事实，正向求解伴随方程，得到易于工程实现的近似最优控制律。近似最优控制律是状态反馈的形式，只与系统的当前状态有关，故本文提出的能量管理策略可用于解决微电网的能量实时优化分配问题。最后，在Matlab/Simlink中搭建微电网仿真模型，对所提出的基于二次型最优输出控制的能量管理策略的发电经济性和适应性进行仿真验证。通过大量仿真算例证明本文提出的能量优化管理策

4、略无需改变加权系数，即可在不同天气条件下获得与基于最小值原理的最优控制策略相近的优化效果。且当储能电池SOC初始值变化时，仍具有较强的鲁棒性。关键词：微电网，二次型最优控制，能量优化管理，发电经济性IABSTRACTMicrogrid,asoneoftheeffectivewaystoutilizerenewableenergy,suchassolarenergyandwindenergy,canalleviatetheenergycrisisandenvironmentalpressure.Theatt

5、entionofgovernmentsandresearchinstitutionsaroundtheworldhasbeenattractedbyMicrogrid.Byoptimizingthedistributionoftheoutputpowerofmicropowersources,thepowergenerationeconomyofthemicrogridisimproved,andtheenvironmentalpollutioncausedbythepowergenerationisre

6、duced.Therefore,thereisextremelyimportantpracticalsignificancetostudytheenergymanagementproblemofMicrogrid.Differentfromthelargegrid,theintroductionofsolarpowergenerationandwindpowergenerationandenergystoragedevicesinmicrogridincreasedthecomplexityofenerg

7、ymanagementissues.FortheproblemthatexistingenergymanagementstrategiesofMicrogridcannotconsiderthegenerationeconomyandreal-timeperformancesimultaneously,Amicrogridoptimalenergymanagementstrategybasedonthequadricoptimalcontroltheoryisproposed.Firstly,thecha

8、rginganddischargingcharacteristicsoftheenergystoragebatteryareanalyzed,andthedynamicmathematicalmodeloftheenergystoragebatteryisestablished,andthesystemstateequationrequiredfortheapplicationofthequadricoptimalcontro