基于模型预测控制的源荷储低碳经济调度

为提高电力系统风电消纳的经济性以及实现低碳排放的目标,基于模型预测控制方法,构建了多时间尺度下含碳捕集电厂的源荷储低碳经济调度模型。源侧分析碳捕集电厂的运行机理及能量时移特性;荷侧根据需求响应时间尺度的差异性,调用不同响应速度的价格型、动态激励型需求响应资源分别参与日前-日内调度;储能快速调整充放电功率提高运行经济性,日前调度以运行成本和碳排放量最小为目标,通过协调调度源荷储资源优化系统各单元出力计划。日内调度在滚动优化平滑功率波动的基础上,以跟踪和修正日前调度计划为目标,实时应对风光和负荷的功率波动,通过算例验证所提方法可降低运行成本和碳排放量,实现对经济与低碳协同优化。

基于自适应无迹卡尔曼滤波和经济模型预测控制的全钒液流电池SOC/SOP联合估计方法

荷电状态(state of charge,SOC)和峰值功率(state of peak power,SOP)的精确估计对保障电池安全稳定运行具有重要意义。为解决传统估计算法误差高、鲁棒性差等问题,本文提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman filtering,AUKF)和经济模型预测控制(economic model predictive control,EMPC)的全钒液流电池(all-vanadium redox batteries,VRB)SOC/SOP联合估计方法。首先,为了提高传统模型的建模精度,本文综合考虑了VRB的电化学场和流体力学场的耦合特性,建立了一个能够全面刻画VRB运行过程的综合等效电路模型,并采用人工蜂群算法(artificial bee colony algorithm,ABC)对模型参数进行离线辨识。随后,考虑到传统的UKF算法无法适应系统噪声,收敛性差,且忽略电池参数变化等缺点,本文提出了基于AUKF的在线参数辨识和SOC估计算法,通过自适应调整UKF算法的参数来提高模型的精度。结合SOC的估计结果,采用EMPC算法估计VRB的SOP,并综合考虑了电压、电流、SOC和电解液流速等约束条件。最后,设计了多种实验工况验证了本文提出的SOC/SOP联合估计算法的精度。文章研究内容能够为液流电池不同运行状态下峰值功率预测和储能电站的精准调度提供依据。

基于分布式模型预测的高比例风电系统多源协同负荷频率控制策略

随着风电逐步替代传统电源,系统频率调整能力恶化,风电主动参与互联系统负荷频率控制(load frequency control,LFC)是改善系统频率特性的新途径。针对该背景,基于分布式模型预测控制,综合考虑互联系统内传统机组、风电机组和储能电站等调频资源及其响应特性,提出一种适应于高风电渗透率的互联系统多源协同LFC策略。首先,分析不同风速对风电机组调频特性的影响,提出一种计及风速变化的风电机组多风速段功率响应模型;其次,构建传统机组、风电机组和储能电站协同参与互联系统LFC模型,兼顾各机组频率响应约束,以互联系统区域控制偏差信号和自动发电成本的加权函数为目标,构建区域信息互动的分布式模型预测控制器;最后,为实现互联系统负荷频率全局最优控制,各控制器结合己区域及其他区域机组运行状态,在线求解所有机组的功率参考值。仿真结果表明:所提策略有效降低了系统频率和联络线功率波动的幅度,实现了各机组之间的最优功率分配,并降低了系统自动发电成本。

基于模型预测控制的风光储综合能源系统优化调度

由于风光及用户侧的不确定性,采用传统的优化调度响应不及时会导致日内的供需不平衡。为此,构建一种含风机、光伏、蓄电池和光热的风光储综合能源系统,充分利用可再生能源,并在日前调度的基础上,基于模型预测控制算法并结合能源系统的状态空间方程,建立日内滚动优化数学模型;在Matlab平台上进行典型日的算例仿真,分析系统各设备的功率输出及供能情况,仿真结果显示:在3种典型日下该系统日运行费用较日前分别减少12.3%、7.4%、11.3%,且供电、热不平衡率均有所下降,提高了供能系统运行的经济性和可靠性。

基于经济模型预测控制的燃料电池空气管理

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的空气供给问题,提出一种经济模型预测控制(EMPC)的算法。区别于传统空气供给管理算法通过跟踪过氧比来调节系统的性能,提出的EMPC控制器通过构建与PEMFC的净输出功率相关的经济效益函数,作为优化问题的成本函数,旨在使PEMFC系统在任何工况运行时的净输出功率最大化,并通过仿真验证控制算法的稳定性和有效性。仿真结果表明,与动态过氧比和定值过氧比的模型预测控制器相比,EMPC控制器在暂态过程中的净输出功率分别提高了2.93%和3.82%,在稳态过程中的净输出功率分别提高了0.94%和0.67%。

基于经济模型预测控制的光伏光热一体化热泵系统动态能效优化

光伏光热一体化热泵(photovoltaic/thermal integrated heat pump,PV/T-HP)技术是实现低碳建筑高效供热的重要途径之一。然而,PV/T-HP系统的能源输入及负荷需求通常处于动态变化中,导致系统偏离稳态设计工况,运行能效下降。为解决这一问题,该文采用经济模型预测控制(economic model predictive control,EMPC)算法实现PV/T-HP系统在动态运行环境中的能效优化。首先,建立PV/T-HP建筑热水供应系统的动态仿真非线性机理模型,并采用子空间辨识方法获得简化的局部线性化状态空间模型。然后,基于系统的状态空间模型设计EMPC控制架构,以动态平均能效比为目标函数,以供热品质及设备运行要求为约束条件,逐时求解最优输入变量,实现滚动优化。最后,设计仿真验证实验,分析系统热电能量输运特性,并与传统模型预测控制方法(model predictive control,MPC)进行对比。结果表明,所提出的EMPC算法可以根据源荷变化,实现PV/T-HP多变量控制系统的高效协调动作,在满足热水负荷及温度要求的条件下,显著提升系统的动态运行综合能效。

基于双层模型预测控制的微电网经济调度

由分布式柴油发电机、电池组和分布式光伏组成的微电网可以为海岛等偏远地区的居民提供有效的电能供应,但由于其负荷用电量和分布式光伏的出力存在波动性,因此需要有效的运行控制方法来调整功率分配,从而实现系统经济高效运行和可靠的电力供应。基于此,提出了一种基于双层模型预测方法的微电网最优运行控制策略。第一层基于对各元件功率的有效预测来构建最优控制问题,实现电能的最优分配;第二层为了提高控制策略对预测误差的鲁棒性,进一步通过求解边界值问题来调整柴油发电机的发电功率。算例分析表明了所提控制策略在提高计算可行性和准确性、增强鲁棒性以及降低成本等方面的有效性。

基于EKF的污水处理过程经济模型预测控制

针对污水处理中许多相关过程状态不可测量或测量受到噪声影响具有较大的不确定性,进而影响过程监视和控制的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的经济模型预测控制方法以提高系统的整体性能。在系统受到不确定扰动及测量噪声的情况下,利用扩展卡尔曼方法对污水组分进行估计,并基于状态估计设计了一种高效经济模型预测控制方法,优化出水质量及运行成本。在不同天气条件下从出水水质和运行成本等角度与基于扩展卡尔曼滤波的常规跟踪模型预测控制方案性能进行比较。仿真结果表明,该方法能够对污水处理BSM1模型的过程状态进行很好的估计,同时具有显著改善出水水质和降低运行成本的潜力。

基于经济模型预测控制的证券投资组合策略

证券投资的目的是实现收益最大化的同时将风险降到最低。针对风险态度不同的投资者,本文利用经济模型预测控制(EMPC)研究多目标证券投资组合问题,通过Utopia跟踪法求解得到不同风险态度下保证收益最大化和风险最小化的多目标证券投资组合策略。最后,通过仿真验证了该策略的有效性。

基于粒子群优化的生物质燃烧过程环保经济预测控制

考虑包含状态约束与控制约束的生物质非线性循环流化床锅炉(CFBB)燃烧过程的多目标控制问题,提出一种环保经济模型预测控制(EMPC)算法。采用机理建模方法建立约束生物质非线性燃烧过程模型。为了在系统稳定的前提下,优化生物质燃烧过程经济性能和环保性能,结合字典序方法与收缩约束关联优化问题,通过粒子群优化算法(PSO)求解优化问题,并结合滚动时域控制原理,设计CFBB燃烧过程环保型经济模型预测控制算法。最后仿真验证本文控制算法的有效性与优越性。

计及线路热惯性效应的模型预测控制安全经济调度模型

基于模型预测控制(MPC)理论,提出一种计及输电导线热惯性效应的安全经济调度模型。该模型首先以自回归滑动平均(ARMA)模型进行沿线气象预测,以直流潮流下的灵敏度矩阵进行线路电流预测,在此基础上对未来时域内的导线温度做出估计。随后,以最高允许温度对导线温度估计值进行限定,取代传统输送容量的载流量约束,构建二次规划形式的滚动优化调度模型。最后,以实际测量所得输出信息作为反馈构成控制闭环,及时修正调度策略。所提模型一方面利用线路热惯性提高了调度决策的经济程度,另一方面通过引入闭环加强了调度决策的抗干扰能力。算例仿真结果验证了模型的有效性。

约束非线性系统保安全和稳定的双模经济模型预测控制

考虑输入仿射非线性约束系统的安全与经济优化控制问题,提出一种约束非线性系统高效安全经济模型预测控制(SEMPC)策略。首先引入控制李雅普诺夫障碍函数(CLBF)概念,设计系统运行安全约束和参数化非线性局部控制律。为平衡SEMPC的在线计算量和经济优化性能,构造约束非线性系统的参数化双模模型预测控制(MPC)控制器,其中,控制器自由参数在系统状态进入终端域后在线优化确定。进一步,应用双模控制原理和控制李雅普诺夫函数性质,证明SEMPC策略的递推可行性和闭环系统的渐近稳定性。最后,通过对一连续搅拌釜反应器的安全、经济和稳定控制的仿真实验,验证了本文策略的有效性。

传感器受限的车辆队列燃油经济性模型预测控制

车辆队列保持较小的车间距可以有效地降低车受风阻力的面积,减少燃油的消耗。将车间距稳定在较小数值上对减小燃油消耗具有很大的作用,由于车载传感器的量程受限,会影响车间距测量值,所以提出一种车辆队列参数化模型预测控制策略,在保证车辆队列跟踪性能的前提下,让车间距稳定在较小的范围内,提升车辆队列的燃油经济性。采用经典PD策略构造参数化时滞队列切换控制器并结合非线性性能指标函数,通过求解有限时域最优控制问题得到控制器中的自由参数。在此基础上,利用频域方法,建立参数化时滞队列预测控制器队列稳定的条件。最后对加减速典型场景仿真验证参数化模型预测控制方法的有效性。

约束非线性系统稳定经济模型预测控制

考虑约束非线性系统,提出一种新的具有稳定性保证的经济模型预测控制(Economic model predictive control,EMPC)策略.由于经济性能指标的非凸性和非正定性,引入关于经济最优平衡点的正定辅助函数.利用辅助函数的最优值函数定义原始EMPC优化问题的稳定性约束.应用终端约束集、终端代价函数和局部控制器三要素,建立闭环系统关于经济最优平衡点的渐近稳定性和渐近平均性能.进一步,结合多目标理想点概念,将提出的控制策略用于多个经济性能指标的优化控制,得到稳定多目标EMPC策略.最后,以连续搅拌反应器为例,比较仿真结果验证本文策略的有效性.

IECM模型在燃煤电站汞污染控制及经济性预测中的应用

对现有电站污染物控制装置基础上进行技术改造,协同实现汞污染控制是行之有效的技术方案,汞污染控制系统的技术经济性评估是燃煤电站管理者面临的首要问题.用Integrated Environmental Control Modeling(IECM)软件模拟了温度、煤种及空气污染控制装置的配置对活性炭吸附电站燃煤烟气汞效果的影响,并对不同条件下,活性炭的喷射量进行了模拟和经济性分析.结果表明活性炭捕获汞的效果是与排烟温度成反比的.对于燃烧烟煤的电厂,加入烟气脱硫装置(FGD)后活性炭的喷射量将大大减少,再结合选择性催化还原装置(SCR)后,可以达到很高的汞脱除效果;对于无烟煤和褐煤,加入烟气脱硫装置(FGD)可减少约27%的活性炭喷射量,但再加入催化还原装置(SCR)后,对活性炭的注入量几乎没有影响.

有界扰动下约束非线性系统鲁棒经济模型预测控制

针对未知但有界扰动下约束非线性系统,提出一种新的鲁棒经济模型预测控制(Economic model predictive control,EMPC)策略,保证闭环系统对扰动输入具有输入到状态稳定性(Input-to-state stability,ISS).基于微分对策原理,分别优化经济目标函数和关于最优经济平衡点的鲁棒稳定性目标函数,其中经济最优性与鲁棒稳定性是具有冲突的两个控制目标.利用鲁棒稳定性目标最优值函数构造EMPC优化的隐式收缩约束,建立鲁棒EMPC的递推可行性和闭环系统关于最优经济平衡点相对于有界扰动输入到状态稳定性结果.最后以连续搅拌反应器为例,对比仿真验证本文策略的有效性.

经济预测的模糊控制模型

针对两个外生变量一个内生变量的情形建立了模糊控制预测模型。并给出了应用实例。

混合动力汽车燃油经济性模型预测控制策略

为了实现对混合动力汽车实时的燃油经济性控制,提出了改进的马尔可夫模型预测控制方法。建立了混合动力汽车关键部件模型,从克服阻力和速度跟踪两个方面建立了车辆需求转矩模型,从而建立了混合动力汽车仿真模型;使用多步马尔可夫模型预测车辆状态;在模型预测控制目标函数中引入电量参考值,当电量大于参考值时使用模型预测最优控制策略,当电量低于参考值时,在目标函数中引入电量惩罚项,使用改进的模型预测控制策略。经仿真验证,在新欧洲行驶工况下,马尔可夫模型预测控制比恒值预测控制的油耗减少了4.27%,比规则能量管理策略减少了4.99%;在中国城市工况下,马尔科夫模型预测控制比恒值预测控制的油耗减少了8.32%,比规则能量管理策略减少了13.16%。

经济增长率的灰色预测控制模型研究

一、引言 灰色预测控制是通过系统行为序列,建立预测模型,预测系统未来的行为,根据预测,采取控制决策。这样可做到实时控制,提高系统适应能力。在经济领域中,用灰色模型预测增长率有许多成功之例。但若对其采取控制,则控制函数一般不易求出。而对特殊的模型结构,却可办到。本文试图对此做点探讨。

基于随机经济模型预测控制的电热综合能源系统运行优化

北方供暖地区存在大量热电联产机组,其“以热定电”的运行特性限制了机组调峰能力。同时,随着我国能源替代的提出以及风电的快速发展,建立包含风电的电热综合能源系统是降低电热耦合以及系统运行成本的重要手段。因此,建立电热综合能源系统模型,在满足用户电热负荷需求的基础上,综合考虑风电不确定性以及系统动态过程中的经济性,提出一种基于情景树结构的随机经济模型预测控制策略。为了降低风电功率随机性干扰和风电功率变化难以描述的问题,提出采用一种改进的非线性变换方法建立风电功率非高斯分布模型,在此基础上建立基于情景树结构的风电功率变化显式表达结构,在保证鲁棒性的同时降低了优化过程中风电随机性的干扰。最后,通过累计节约成本的复合单步增长率指标验证所提策略的有效性。