计及储能混合控制算法的微电网运行模式无缝切换控制策略研究

为了实现微电网不同运行模式间的无缝切换,文中提出了一种计及储能系统并网逆变器的混合型控制算法。针对逆变器的分层控制结构的特点,该算法融合了三类控制：二自由度控制原理、电流预测控制模型以及改进下垂控制相,将三种控制应用于逆变器的不同层。其中,控制层电流内环采用电流预测模型控制器替代PI控制器、PWM调节器;控制层电压外环则利用二自由度控制原理,构造被控对象逆模型,并在电流内环电流预测模型控制的基础上,单位化控制层传函,消除有害扰动量对储能控制系统的影响。应用层则采用以电压、频率为反馈量的改进下垂控制,实现孤岛微电网电压与频率的无差调节。并且此时储能系统控制层可作为微电网并/孤网运行时的共享层,因此在微电网运行模式切换过程中,其暂态冲击电流及母线电压畸变率也得到明显抑制。最后通过MATLAB/Simulink仿真系统,验证所提混合型控制算法的正确性与有效性。     

微网系统运行模式平滑切换控制策略

针对对等结构的微网系统,提出了一种在联网运行模式和孤岛运行模式下平滑切换的控制策略。首先,微网中储能逆变器在两种运行模式下均采用下垂控制方法,孤岛发生时逆变器无需切换控制算法,减小了两种运行模式切换过程中的暂态响应。其次,提出基于分层控制和电压频率恢复控制的微网预同步控制方法,实现了微网系统由孤岛运行模式向联网运行模式的平滑切换。给出了微网逆变器、微网系统二次电压频率恢复控制和预同步控制算法的详细理论分析,最后通过实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

可实现运行模式灵活切换的小型微网实验系统

为了能够对微网的运行特性进行深入的理论和实验研究,建立了一个小型实验室微网系统。该系统中的分布式电源采用光伏模拟单元和风机模拟单元,通过电力电子变换装置并入微网;系统以蓄电池为储能装置,并通过双向逆变器并入微网,用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时,以外电网电压和频率为参考,蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制;孤岛运行时,双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制,用以提供微网电压和频率参考。实验结果表明,该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式,并可实现二者之间的平滑切换,提高了能量供给的可靠性。     

微网无缝切换控制策略研究

为缓解微网模式切换时带来的电压、电流冲击,通过对微网无缝切换关键技术分析,提出基于频率扰动的微网有差预同步控制方案。为保证储能逆变器控制策略同步平滑切换,提出了基于VSG及电流权值调节的无缝切换控制策略。为实现控制策略的软转换,令VSG控制与PQ控制共用电流内环,并通过电流权值调节2种控制策略的外环参考电流实现平滑过渡,保证了控制策略与PCC点开关的同步切换,避免了物理开关切换造成的电压、电流冲击,有利于微网的稳定运行。仿真验证了所提控制策略可行性和有效性。     

微网综合控制与分析

考虑到微网内分布式电源和负荷所具有的分散性,根据分布式电源的类型以及与储能装置的不同组合方式,采用不同的控制策略分别进行了相应控制器的设计。基于下垂特性的电压/频率(V/f)控制实现了负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享,且在微网孤岛运行时能为微网系统提供频率支撑;PQ控制可根据实际运行情况实现分布式电源有功和无功功率的指定控制。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷以及微网内某一电源功率变化3种情况下的运行特性进行分析,获得了微网中相应分布式电源的功率、电压、电流及系统频率的变化规律,证明了PQ-V/f综合控制策略的正确性和有效性。     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略

对微网分布式电源逆变器进行了多环反馈控制器的设计与研究.在分析采用闭环控制的逆变器输出阻抗受线路参数和控制器参数影响的基础上,进行内环电压电流控制器的设计,电压控制器采用PI控制器稳定负荷电压,采用比例环节的电流控制器提高系统响应速度,并且设计控制器参数使输出阻抗为感性阻抗.在此基础上利用下垂特性设计外环功率控制器,实现微网内多逆变单元间的无线通信控制.所设计的多环控制器使微网联网运行时可以输出高质量的电能.当电网发生故障,微网由联网模式转到孤岛模式,分布式电源将自动调节功率输出,实现功率共享且不同模式之间的平滑切换.仿真结果证明了控制方案的有效性.     

微网光伏双模式逆变器双环控制策略研究

针对微网系统并网/离网运行过程中对模式平滑切换,抗外界干扰能力和系统动态响应具有较高要求的情况下,提出了双模式逆变器在电网基波频率同步旋转坐标系下的双环控制策略,建立了微网光伏逆变器并网/离网模式数学模型。系统并网时采用基于PI调节器的电压矢量跟踪电流控制策略,离网运行时采用基于SVPWM的电容电压外环电感电流内环控制策略。同时,为减小双模式切换过程产生的网络冲击,设计了并网/离网平滑切换方法。仿真结果表明,所提控制策略能够保证系统的稳定运行,同时在切换模式下,减小了电压电流冲击,实现模式平滑切换。     

基于储能的可再生能源微网运行控制技术

建立了包括光伏、风电、储能和能量管理系统(EMS)的典型微网结构,给出了基于储能的微网组网方案和运行控制方式,分析了储能在微网离网运行、并网运行及无缝切换等过程中的控制作用。基于LCL滤波器的储能电压源型变换器,提出了包含逆变器滤波电感电流环、滤波电容电压环和并网电感电流环的三环控制策略,通过保持内部两环的稳定性实现微网运行模式的平滑转换。最后,搭建了微网研究与测试平台,验证了上述控制策略的有效性。     

微网中分布式电源和多储能的协调控制策略

通过分布式电源和储能的协调控制,微网并网运行时可参与电网调度,且在并网和孤网状态下都能够多模式运行。正常运行模式下负荷优先分配给分布式电源,当分布式电源最大输出功率小于负荷、系统出现功率缺额时,才由储能补偿缺额部分,减小储能损耗,提高微网运行的经济性。通过多运行模式的配合,使储能荷电状态维持在合理范围内,储能处于可充放状态,提高微网并网运行调度的灵活性和孤网运行的稳定性。针对微网中含有多个储能的情况,提出多储能协同控制算法,在满足分布式电源和储能协调控制要求的前提下,能够根据储能荷电状态偏差的变化,动态地调节各储能充放电功率,使其快速平滑地达到荷电量平衡。     

基于三环反馈解耦控制策略的储能元件在风光互补微网系统中的应用

储能元件在风光互补发电系统组成的微网运行控制过程中具有重要地位,可以作为微网孤岛运行的组网电源,从而维持系统的电压和频率稳定。对于储能元件控制器,设计了一种包括功率环、逆变器滤波电容电压环以及滤波电感电流环的三环反馈解耦控制策略,分析了该策略在微网稳定运行和孤岛/联网模式无缝切换过程的作用。利用Matlab仿真了由储能元件、风电和光伏组成的微网系统并且建立了实验平台。仿真及实验结果表明,基于该控制策略的微网在孤岛运行、联网运行以及两者切换的过程中能够保持电压和频率稳定性,对微网内负荷供电可靠,并可实现微网     

高压微网运行模式切换控制策略

以未来可再生电能传输和管理(FREEDM)网络为研究对象,提出一种新型电压模式控制策略,用于实现FREEDM网络联网与孤岛模式间的切换。由于始终将并网逆变器控制为电压源,因此避免了运行模式变化时控制策略的切换,并采用改进的相角下垂控制取代传统频率下垂控制,使微网频率与输出功率分离,降低切换难度。联网运行时,将功率偏差作为反馈量加入到下垂控制环节,实现逆变器的恒功率输出。重新设计同步调节器,使微网进入联网模式时准同期并网,进入孤岛模式时降低脱网过程对微网的冲击,实现平滑过渡。仿真分析表明,本文所提出的控制策略可实现快速同步调节,切换过程公共连接点处(PCC)冲击电流较小,可以很好地稳定微网电压和频率,并有效抑制微网电源间环流。     

分布式发电系统中的储能逆变器技术研究

分布式发电系统通常需要两种控制方式,第一类并网方式(与大电网连接);第二类独立方式(微网方式)。以电池为储能单元的储能逆变器也相应存在两种控制模式:电流源模式和电压源模式。为提高在微网运行时电压源模式的动态响应,采用电压外环电感电流内环的双环控制策略,并给出设计方法。为充分验证储能逆变器的两种模式的性能,搭建了两台100 kVA储能逆变器的微网平台。实验结果表明电压源模式工作的逆变器提供的微网电压无较大的畸变,动态响应较快,维持了系统的稳定运行,获得预期的效果。     

微网运行模式平滑切换的控制策略研究

针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出了一种实现微网运行模式平滑切换的控制策略,即在基本下垂控制器中增加下垂额定点调节环,通过该环路的投切实现并网与孤岛控制模式的平滑转换,微电源并网为PQ控制,孤岛为下垂控制.设计了逆变器预同步控制单元,有效地抑制微电源并联过程的冲击电流,使并网过程平稳安全.在此基础上,提出一种微网运行模式相互切换的控制流程,并对微网运行模式切换以及孤岛和并网状态下的若干运行工况进行了仿真实验,验证了控制方法与切换流程的有效性.     

抑制微网中谐波电流的逆变器控制策略研究

针对同时包含非线性负荷和线性负荷的微网,将分布式电源(DG)分为只带线性负载的和带有非线性负载的两类.对于带有非线性负载的DG,提出了一种基于dq坐标瞬时功率理论的谐波电流补偿算法,通过测得的微网内非线性负载谐波电流和逆变器额定功率输出,计算逆变器的参考电流,并采用滞环控制对逆变器进行控制;对只带有线性负载的DG采用传统下垂控制方法.用此种方法实现了该微网系统并网和孤岛模式的平滑切换和两种模式下的谐波抑制,并用Matlab/Simulink验证了该控制策略的有效性.     

微网运行模式平滑切换的控制策略研究

针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出了一种实现微网运行模式平滑切换的控制策略,即在基本下垂控制器中增加下垂额定点调节环,通过该环路的投切实现并网与孤岛控制模式的平滑转换,微电源并网为PQ控制,孤岛为下垂控制。设计了逆变器预同步控制单元,有效地抑制微电源并联过程的冲击电流,使并网过程平稳安全。在此基础上,提出一种微网运行模式相互切换的控制流程,并对微网运行模式切换以及孤岛和并网状态下的若干运行工况进行了仿真实验,验证了控制方法与切换流程的有效性。     

基于分层控制的微网无缝切换研究

由分布式发电(DG)单元结合本地负载、储能设备等组成的微电网整合了各分布式发电单元的优势,减弱了对大电网的影响。微电网能够在并网模式与孤岛模式下运行:并网时,系统处于电流源型工作式模输出给定功率;孤岛运行时,DG单元需维持微电网电压和频率稳定。针对微网平滑切换控制方法进行了研究,提出一种适用于分层控制结构的新型控制器,通过控制前后两种控制器在切换瞬间的输出实现平缓变换,可削弱切换暂态过程影响、确保模式切换的平滑性,使系统稳定性得以提高。最后,建立微网系统实验平台对文中所提策略的有效性和可靠性进行实验验证。     

单级型储能逆变器并离网控制和切换研究

介绍了单级型储能逆变器的拓扑结构和基本原理,并分别设计了逆变器在并网与离网模式的控制策略,以及在此基础上以减少两种模式切换过程中的电压和电流冲击为目标,研究了两种模式的平滑切换方法。设计方案保证了逆变器并网时的稳定运行,离网时重要负载的正常工作,以及并网/离网平滑切换功能,最后通过在一台50 kW储能逆变器上实验验证了设计的合理性和实用性。     

基于电压电流协同控制的微网运行模式无缝切换策略

主从型微网从并网切换到孤岛时,主逆变器由电流控制模式切换到电压控制模式,需改变控制器结构,并且孤岛检测期间电压不可控。针对上述问题,提出一种电压电流协同控制策略,在整个运行过程中用电压控制器对微网内负载的电压进行控制。并网时电压控制器经调节后平衡微网内负载功率并达到稳定输出;同时附加上电流控制器控制输出电流,保持微网和电网间功率平衡。孤岛后电流控制器退出运行,电压控制器继续控制微网内负载电压,保证微网内负载功率始终处于平衡状态,控制器输出具有连续性,控制模式也平滑切换到电压控制。根据所述电压电流协同控制策略设计了相应的电压控制器和电流控制器。最后进行Simulink仿真及实验验证,结果证明了协同控制策略能实现微网运行模式的无缝切换。     

含CCHP系统的微网分层协调控制策略

根据时间尺度和实现功能的不同,提出了微网三层协调控制架构,并将其应用于含有燃气内燃机冷热电联供(combined cooling heating and power,CCHP)系统且同时具有逆变器接口型与同步发电机接口型分布式电源的典型微网。针对该类型的微网提出了具体的协调控制策略,并针对微网运行模式转换过程中蓄电池控制模式存在的切换问题,在切换控制器中引入了基于状态跟随的附加控制,保证了其控制模式的平滑切换及输出功率的平滑过渡。对微网不同运行模式以及模式切换时的运行特性的仿真分析,验证了所提出协调控制策略的有效性,并对CCHP系统在微网协调控制中的作用进行了分析研究。