【精彩论文】基于扰动观测器的广义风/光一体化控制策略研究

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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张雪猛，王睿，马大中

东北大学

引文信息

张雪猛, 王睿, 马大中, 等. 基于扰动观测器的广义风/光一体化控制策略研究[J]. 中国电力, 2020, 53(5): 89-99.

ZHANG Xuemeng, WANG Rui, MA Dazhong, et al. Research on the disturbance observer based generalized wind/solar intergration control strategy[J]. Electric Power, 2020, 53(5): 89-99.

研究背景

能源是人类赖以生存和发展的基础，近年来化石能源的逐渐枯竭和环境污染的日益严重使得发展以太阳能和风能为代表的清洁可再生能源，替代传统化石能源成为一个必然选择。国务院总理、国家能源委员会主任李克强在主持制定《能源发展“十三五”规划》中指出，“要集中力量在可再生能源开发利用特别是新能源并网技术和储能、微网技术上取得突破，全面建设“互联网＋”智慧能源，提升电网系统调控能力，增加新能源消纳能力，发展先进高效节能技术，抢占能源科技竞争制高点”。可见，当前缺乏的并不是新能源的绝对装机容量和发电量，而是如何将发出的电能有效利用。

论文所解决的问题及意义

由于同时计及风/光电压波动性和供能不确定性的同构拓扑扰动观测器控制策略亟待提出，本文提出了一种基于广义风/光一致模型的扰动观测器。主要优势有：

（1）相较于传统方法，针对风机和光伏接口变换器拓扑异构以及多输入单输出的风机系统控制策略复杂的问题，通过建立风机接口整流电路状态方程与Boost电路状态方程的类比模型，提出了单输入单输出的风机等效电路模型，进而实现风/光同构拓扑的一体化控制；

（2）针对风/光等可再生能源波动所带来的状态不确定性问题，提出了状态部分未知的扰动观测器的控制策略。通过引入基于连续时间模型的扰动观察器，以实现在光照或风速参考变化时，电压/电流输出迅速跟随，同时随着时间的推移，控制策略逐步实现无差调节，达到消除扰动及状态部分未知的效果。

论文重点内容

随着光伏、风电等分布式可再生能源高比例接入微电网，其发电出力不确定性给微电网的安全稳定运行带来显著的压力。提出了一种基于广义风/光同构模型的扰动观测器。首先通过建立风机接口整流器状态方程与光伏接口Boost电路状态方程的类比模型，提出了单输入单输出的风/光同构等效模型，使风机和光伏可以达到广义模型一致性。其次，针对光伏、风机等分布式能源出力不确定所造成的状态变量部分未知问题，通过引入连续时间模型的扰动观测器对等效的广义Boost模型进行控制，在光照或风速变化时，可以实现迅速跟随变化，同时随着时间的推移，扰动观测器可以实现无差调节，从而达到消除扰动而带来的部分状态未知的目的。更进一步，利用电压-电流双扰动观测器可以获得稳定的风/光混合系统的输出电压、电流及功率，并且输出量迅速达到给定值。最后通过仿真验证了所提出方法的有效性和可靠性。

图1 风/光发电并网拓扑

研究结论

本文通过对分布式风机并网系统及光伏并网系统拓扑进行比较，建立了同构拓扑风/光并网电路模型，本文进而对这种等效单输入单输出型同构拓扑Boost模型设计了扰动观测器控制策略，通过两个扰动观测器器建立双环系统，实现分布式电源输出的精准控制，使得输出量跟踪最大功率的参考量，在外界环境变化时，可以实现输出量对参考值的迅速跟随，同时随着时间推移，扰动将趋于零，达到消除扰动的目的。实现对光/光输出功率的最大功率处的稳定控制，稳定其输出电压及减小电流纹波，降低风、光的输出损耗，提高能量利用率。

主要作者介绍

第一作者：张雪猛，男，工程师，主要从事可再生能源的并网控制策略研究。

E-mail：zhangxuemeng001@163.com。

第二作者：王睿，男，博士研究生，主要从事为分布式可再生能源电磁时间尺度稳定性分析和控制策略研究。

E-mail：1610232@stu.neu.edu.cn。

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