基于一致性理论的微电网电源调度系统设计开题报告

全球能源资源短缺、环境恶化的境况改变了能源消费结构，促进了新能源的发展。太阳能、风能等新型能源以其清洁、无污染、可再生的特点，在全球能源战略中愈加受到重视和应用。加大对新能源的开发使用力度，这不仅有利于节能减排，也是我国经济实现可持续发展的战略抉择。

与传统的发电模式相比，分布式发电有着不可比拟的优点:安装灵活、功率很小、比较分散、即插即用。分布式电源包括风能、潮汐能、光伏以及生物质等新型清洁能源发电，可以解决能源供求矛盾，对大电网起到补充的作用。同时，分布式发电采用的新型发电能源多具有输出功率波动大的特点，不可避免地有一些弊端。当周围环境发生改变，分布式发电将对系统造成功率波动，无论从系统稳定性还是分布式发电的利用效率，都将是不利的，极大地制约了分布式发电的发展。为了充分利用分布式发电，解决其不利的因素，微电网技术得到了迅速发展。

微电网是小规模、较分散的独立系统，它使用大量的现代电力技术将风力机、光伏、微型燃气轮机、燃料电池、储能装置等连在一起，直接接在用户侧，可以同时提供电能、热能和冷能，实现冷热电联产。微电网将各种分布式电源、储能装置、负荷及控制设备等相结合，构成一个单一的可控单元，较好地解决了由分布式发电并网所带来的一系列问题。

随着近些年世界各国科学家对微电网的理论和实践等方面研究的日渐深入，国内外学者已取得一定的学术成果。但针对微电网能量管理、保护及运行控制等方面仍有许多问题，目前微电网的经济运行也是研究中的一个难点问题。 微电网的经济调度问题与大电网的调度问题截然不同:微电网中的可再生能源占比较大，风力机和光伏等可再生能源发电易受天气影响，输出功率存在波动;部分DG可以以CCHP的方式同时提供电能和热(冷)能;微电网中DG的多样性使得微电网能量管理工作越发复杂，而且可比一般配电网提供更可靠的供电，来达到保障重要负荷的要求。

微网能够整合可再生能源发电等分布式电源的优势,结合负荷、储能单元及控制装置，构成单一可控的单元,向用户同时提供电能、热能和冷能，实现冷热电联产。由于分布式电源具有间歇性、随机性、不对称性和多样性等特点,在满足安全性、可靠性和供电质量等约束条件下，对微网系统的电源进行优化调度、合理分配出力，实现冷、热、电各种能源的综合优化,以达到分布式电源微网系统的优化运行成为现代电力工业领域新的研究热点。

现有的技术表明，将分布式发电与本地负荷等连接在一起的微电网是发挥分布式电网效率的有效方式，有助于提高分布式发电的稳定性，可避免间隙式电网对大电网或负荷的影响，提高电能质量，具有重要的社会价值和经济性。作为传统电力网络的补充和承担分布式设备的有效接入，微电网分布式电源类型的多样性及微电网运行方式的复杂性，使得微电网电源调度研究更加具有前瞻性。微电网电源调度依据各类信息采集设备反馈回来的数据信息，或监控人员提供的信息，结合电网实际运行参数，如电压、电流、频率、负荷等，综合考虑各项生产工作开展情况，对电网安全、经济运行状态进行判断，通过自动控制系统发布操作指令，可以保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、各类电力生产工作有序进行。考虑污染气体排放和供需两侧的多目标最优使得微电网的调度更加具有现实意义，对节约资源、保护环境起着积极的作用。

主要研究内容：本课题面向微电网的优化运行，以分布式控制的思想，设计一个基于多智能体一致性的微电网运行成本和污染气体排放的最优调度系统，包括网关节点和多个控制器节点，网关节点和传感器/控制器节点间基于无线通信技术（如LoRa）进行数据传输，在MATLAB/Simulink仿真平台搭建微电网仿真模型，并结合硬件验证所提方法的有效性。本课题主要研究内容包括：

1）研究基于多智能体一致性理论的微电网能量管理调度的最优策略。以经济目标和环境目标调度对象为目标函数，结合系统功率平衡和分布式机组单元出力约束条件，建立了分布式控制微电网最优调度模型。再根据多智能体系统的框架以一致性理论提出的提高收敛速度的一致性多目标调度算法，给出了具体模型求解步骤。

2）设计硬件使发电单元/用电单元向临近节点发送自身的数据，实现各网关节点间的通信，通过一致性算法对节点进行参数迭代计算，调度多智能体以获得最优性能，基于Keil uVision5平台编写硬件实物验证算法程序，使各节点通过LoRa无线通信定时发送与接收虚拟本地信息，主控制器在约束条件内进行算法迭代，全局调控各节点功率，使其收敛到最优解。

预期目标：本课题拟对微电网的一致性状态信息进行采集、运算处理，通过一致性算法的迭代输出控制器实现功率的调节，网关节点接收一致性状态信息并进行显示，提高电网的运行效率、发电的质量与稳定性，结合实际多方面考虑，社会价值高、经济效益大。实现经济效益与环境效益最大化。

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