考虑通信异常的直流微电网储能单元分布式协调控制研究

由于分布式新能源接入的波动性,需要针对孤岛直流微电网配置一定容量的储能设备。为了防止分布式储能单元的过度放电或深度充电,必须保证储能单元充放电过程中荷电状态(state of charge, SOC)均衡。针对该问题,提出了一种考虑通信异常的储能单元分布式控制策略。针对不同额定容量的储能单元,对传统下垂控制进行改进,利用采样保持器周期性修改下垂系数,直至储能单元SOC均衡。并利用电压和电流信息生成单一的补偿环实现输出电流按额定容量的比例分配和直流母线电压补偿,降低系统通信能力要求。若通信发生故障,通过Dijkstra算法更新拓扑结构矩阵,基于改进后的动态一致性算法获取相邻节点的信息,得到新通信拓扑结构下的信息平均值;并通过频域分析证明系统的稳定性。最后,在RTLAB平台中搭建4种案例模型,验证所提控制策略的有效性。     

基于电力弹簧的微电网分布式发电协同控制

针对微电网运行时的电压和频率波动问题,建立了基于电力弹簧的分布式发电协同控制方法,以保证微电网的稳定运行。首先,基于电力弹簧的基本原理建立功率控制模型,利用电力弹簧的相位和幅值同时可控的特点,分析电力弹簧的四象限特性;在此基础上,设计了电力弹簧有功/无功协同控制方法,基于离散一致性算法,提出一种电力弹簧接入微电网的分布式发电协同控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了微电网中发生电压突变、分布式发电功率突变以及负载功率突变3种情况下该控制策略的有效性,对比分析有无电力弹簧接入下系统电压和频率波动情况。实验证明:电力弹簧可以通过同时进行有功/无功补偿来有效解决微电网中分布式电源和负载变化引起的电压、频率波动,保证微电网的稳定运行。     

应急微电网中柴储移动电源的协调及均衡控制策略

配电网发生停电事故时,可组建应急微电网来应急供应电力。由于应急微电网存在临时建立、通信条件差、工况多变及电源车频繁插拔等问题,提出了应急微电网中柴储移动电源的协调及均衡控制策略,同时将储能与柴油发电机作为主电源供电。所提控制在一次下垂控制与二次频率及电压恢复控制的基础上加入均衡控制,并基于不同时间尺度解耦。其中,柴油发电机的均衡控制通过反馈频率控制信号来修正稳定运行点,以补偿调速器测量误差实现出力均衡;储能的均衡控制根据荷电状态偏差动态调节下垂斜率,以实现荷电状态的均衡。所提控制策略不依赖于中央控制器,有利于应急供电的迅速开展。最后,仿真验证了控制策略的可行性与有效性。     

考虑通信故障的直流微电网多储能荷电状态动态均衡策略

为实现直流微电网中分布式储能单元荷电状态(state of charge,SOC)均衡以及负荷功率的动态分配,提出新的下垂控制策略。首先,通信正常时,根据SOC分担负荷功率动态调节下垂控制参考电压来协调分布式储能(distributed energy storage,DES)。其次,无通信条件下提出基于Metropolis准则自适应调节下垂系数的控制方法,在无通信情况下自适应调节负荷功率分配。然后,给出了两种工作条件下控制策略的平滑切换方法,保证切换前后系统安全稳定运行的同时依然有效的实现负荷功率均衡分配。最后,通过Matlab/Simulink仿真对本文控制策略进行验证。     

基于协同控制理论的微电网频率控制

为提高微电网频率响应的动态性能，提出一种基于协同控制理论的微电网频率稳定性控制策略。根据微电网频率特性与微源的调频特性，基于协同控制理论构建含有系统动态性能及控制指标的宏变量，由定义的控制流形推导出微电网频率调节的协同控制律，设计了一种微电网协同控制器。其中储能装置在系统受到扰动时迅速参与调频，通过释放或吸收功率，减小频率的恶化程度，同时柴油发电机根据储能功率变化量与系统频率对微电网的功率进行调节，保证了微源侧供电的可靠性。最后基于MATLAB/Simulink软件搭建仿真平台，对所设计的控制策略进行验证，对比分析了不同控制方式下微电网调频效果。仿真结果表明所提出的协同控制器可以在微电网功率发生扰动时，充分利用微源的调频特性，快速平抑微电网内功率不平衡产生的频率波动。     

微电网中电力电子变压器与储能的协调控制策略

微电网可以有效提升电网对分布式能源的消纳能力,以电力电子变压器(PET)为能量管理核心的新型结构是微电网新的发展方向。提出一种PET与储能协调运行的微电网控制策略,储能的接口变换器采用恒压恒频控制维持微电网电压和频率的稳定,PET连接微电网的低压交流接口融合虚拟同步发电机控制,根据储能荷电状态实时调节机械参考功率。储能迅速响应微电网内功率波动,PET则通过双向功率调节来维持储能容量稳定,同时保证微电网与电网功率的"柔性"交换。由于储能和PET同时被控制为电压源型接口,其中一个出现故障时微电网仍然可以平稳运行。微电网运行在此控制策略下,可以保证间歇性分布式能源的最大效率利用,同时提高微电网运行的稳定性、可靠性和并网友好性。仿真和硬件在环半实物实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

孤岛交直流混合微电网群分层协调控制

针对孤岛运行的交直流混合微电网群提出分层协调控制策略。首先设计分布式发电单元(DPDG)与储能单元底层控制,自适应调节交流子网频率与直流子网电压,保证各交、直流子网的独立稳定运行。同时考虑到直流子网中恒功率负荷(CPL)的影响,进一步对各DPDG单元设计P-V~2改进下垂控制,减小传统下垂控制产生的直流母线电压偏差。进而考虑各储能单元充放电能力不同,设计基于荷电状态(SOC)的动态一致均衡控制,确保储能子网协调优化运行。然后基于直流子网电压和交流子网频率信号,构造功率自治级、功率互济级和储能平衡级三级控制切换策略,实现子网间功率互助并减少系统的功率损耗。最后基于Matlab/Simulink搭建了混合微电网群仿真模型对所提控制策略进行了验证。     

基于多组储能动态调节的独立直流微电网协调控制

针对独立运行的直流微电网,提出基于多组储能系统动态调节的协调控制策略。孤岛运行模式下,分布式电源采用最大功率点跟踪(MPPT)控制,并选择配置多组储能来维持母线电压稳定。通过设计带有电压前馈补偿的模糊下垂控制动态调整负荷功率分配,实现不同储能单元荷电状态(SOC)的快速均衡,保证多组储能单元之间的协调运行,并可减小母线电压波动。当储能系统因满充等原因退出运行后,分布式电源由MPPT控制切换为下垂控制,并根据自身的最大功率自动调整负荷功率分配,确保重要负荷正常供电和微电网的安全运行。同时,在分布式电源下垂控制器的功率环节增加前馈补偿控制,减小该模式下母线电压波动。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提的控制策略可有效减小电压波动并能实现独立直流微电网稳定运行。     

直流微电网群分层控制策略

为了确保直流微电网群可靠运行,提出一种分层控制策略。在第1层控制下,各子微网独立稳定运行,分布式电源均采用最大功率跟踪控制,储能系统通过动态调整负荷功率的分配来均衡储能单元的荷电状态。第2层控制根据各子微网的母线电压控制微电网群在不同运行状态之间无缝平滑切换,并通过管理不同子微网之间的功率流动来改善母线电压质量。最后利用Matlab/Simulink搭建微电网群仿真模型,仿真结果表明该控制策略可以提高微电网群的稳定性并可改善供电电压质量。     

微电网分布式电源的分层控制策略研究

研究了分布式电源接入对微电网的影响,提出了微电网分布式电源的分层控制方法,实现了对微电网电压与功率的控制.根据微电网可以孤岛和并网运行的特性,采用两层控制方法.初级控制采用改进下垂控制方法,给出了基于电压外环、电流内环和功率环等的反馈控制器.二级控制通过初级控制信号重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使之重新达到平衡,能够实现系统运行的稳定.通过Matlab/simulink仿真,分析了微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律,结果表明了微电网中分布式电源分层控制策略的有效性.     

基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略

由于直流微电网中的分布式发电具有随机性和波动性等特点,储能单元的配合可较好地解决这一问题。但是,现有基于直流母线电压信号的分层控制未充分考虑多储能单元的协调以及孤岛系统容量不足的情况。因此,该文提出一种基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略。为实现电压分层下多储能单元的分散协调控制,该文首先揭示已有微电网系统不同运行模式所对应的负载功率边界。然后,提出基于多储能单元荷电状态（SOC）的改进模糊控制和下垂控制,以实现多储能单元充放电功率自适应分配。针对孤岛系统容量不足的情况,在储能扩容单元容量计算的基础上,提出一种基于过/欠电压控制器的储能扩容单元功率协调控制策略,并分析其对已有系统功率边界的影响,以保证直流微电网安全可靠运行。最后,通过仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

直流孤岛微电网的两级功率协同控制方法

随着分布式能源渗透率的不断提高,传统对等控制往往难以保证直流微电网的稳定运行。结合对等控制与主从集中控制的特点,提出一种适用于功率大幅突变场合的直流微电网两级协同控制策略。该策略包括底层与顶层控制2部分,其中底层采用下垂控制,实现多分布式发电单元的协同运行和功率分配,保持分布式电源的即插即用特性;顶层通过中央控制器集中协调微电网储能单元,实现运行优化,保持直流微电网的电压稳定。利用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证了该方法的有效性。     

基于切换通信网络下孤岛型微电网二次控制策略

孤岛型微电网的内部电力单元通过无线网络进行通信,无线通信网络易受扰动并且存在链路失效问题,导致通信拓扑不断变化,使得电力单元控制信号更新失败.为了消除下垂控制导致的电压与频率偏差,针对存在通信网络切换的孤岛电网,提出在切换拓扑下孤岛型微电网的分布式二次控制策略.该策略是在下垂控制的基础上增加切换拓扑的情况以实现二次调节,并且形式简单,可用构造简单的硬件来实现.在提出的二次控制作用下可以使频率和电压以指数的速度收敛至期望值,保证了有功功率分配性能.利用Matlab/Simulink仿真验证了该二次控制策略的有效性和可行性.     

含虚拟储能的配网源荷协同区域稳定控制研究

为解决主动配电网中系统功率和电压波动等问题,在储能系统中引入虚拟储能,提出一种配网源荷协同区域稳定控制策略.首先采用双层源荷协同控制策略,上层控制采用分布式发电与储能系统的协调,下层控制基于蓄电池和虚拟储能的动态特性进行协同优化控制.然后建立源荷储系统优化配置模型,并寻求最优协同控制方案.最后通过算例验证了所提源荷协同控制策略的正确性和有效性.     

含多种分布式电源的微电网分层控制策略

随着分布式电源接入微电网数量的增加,微电网系统的稳定性受到了很大的影响;微电源的运行特性及控制方法、微电源的接人点和容量、微电网运行方式和控制方法、电力电子装置、储能设备和负荷特性等都会影响到电能质量。为了改善微电网的电能质量,提出了包括上层中心控制器及下层分布式电源信息交互的微电网分层控制策略。微电网中的分布式电源控制由下垂控制、功率控制、电压和电流控制组成。通过Matlab/simulink仿真,对微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律进行了分析。仿真结果表明:分层控制策略能使各分布式电源之间较好地协调,满足了改善电能质量的要求。     

基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制

为了减少功率损耗和确保独立交直流混合微电网稳定运行,设计一种新的基于混合储能动态调节的分布式协调控制策略。通过检测直流电压和交流电压频率,该策略对连接交直流微电网的双向AC/DC变流器输出功率进行动态调节。混合储能中采用下垂控制自动调节蓄电池的输出功率,同时超级电容器迅速提供负荷功率的高频分量,以减小负载突变对蓄电池和母线电压造成的冲击。此外,在逆变器的下垂控制器中引入电压前馈补偿量来减小交流负荷的电压波动。最后,利用Matlab/Simulink搭建了混合微电网仿真模型。仿真结果表明,在不同工况下,该分布式控制策略均能控制混合微电网稳定运行及电压稳定。     

基于分布式内模设计的微电网协调二次控制策略

研究基于多代理系统的孤岛型微电网二次电压和频率控制策略。首先建立孤岛型微电网电压和频率控制数学模型,利用状态反馈得到输入-输出线性化模型;然后简要介绍所需的基本图论原理,并利用内模设计原理设计分布式协调二次控制器,避免了集中控制结构下对中央控制器的依赖。基于多代理系统的分布式二次控制器通过一定的有向通信网络连接,每个代理只需本地及相邻节点信息。最后在PSCAD/EMTDC中建立孤岛微网的测试系统,通过仿真对所提控制策略的有效性进行验证,结果表明所提策略能够使频率和电压恢复额定值,同时保证有功功率分配的准确性。     

基于分层控制的微电网电压和频率控制策略研究

针对分布式电源接入微电网后对频率和电压产生的影响,提出了一种分层控制的方法。根据微电网电压与功率的关系、孤岛和并网运行的特性,分层控制分为2层。其中,初级控制采用了下垂控制的方法,提出了基于电压外环、电流内环和功率环的反馈控制器。二级控制通过对初级信号进行控制,重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使之达到平衡,实现系统运行的稳定性。为了验证分层控制方法的可靠性,使用Matlab/Simulink软件进行仿真,分析了微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律。仿真结果表明,微电网中分布式电源的分层控制策略性能良好。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

基于有限时间一致性的微网分布式二次控制

针对孤岛运行模式下的微电网一次控制采用下垂控制易受到线路阻抗特性、微网拓扑结构等因素的干扰,造成频率与电压的波动以及功率难以比例分配的问题,提出一种基于有限时间一致性的微电网分布式二次控制策略来实现频率与电压无静差调节以及功率按比例分配的控制目标。所提控制策略结合多智能体理论来构建微电网的分布式控制结构,各分布式电源仅需通过通信网络与相邻节点进行各类电气信息交换,消除一次控制中频率与电压的偏差。同时引入自适应虚拟阻抗使系统输出阻抗呈感性来削弱线路阻抗不匹配的影响,从而实现无功功率的按比例分配。理论分析和仿真结果验证所提控制策略的有效性。