交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

变频驱动系统电网接口虚拟同步发电机控制技术

网侧功率变换器是变频驱动系统接入配电网的重要接口,随着变频驱动系统渗透率的不断提高,网侧功率变换器对配电网中的影响越发突出。借鉴传统电力系统中的同步发电机数学模型,形成电网接口虚拟同步发电机控制方案,设计具有变频驱动系统自身特性的虚拟调速器和虚拟励磁控制器,保证电网电流的低谐波畸变的同时,满足负荷功率需求,并具有响应电网电压/频率异常事件功能,可在一定程度上提高电网的稳定性。同时模拟同步发电机的转动惯量,提高电网接口的惯性和阻尼,降低变频驱动系统对电网的影响,提升电网对大规模变频驱动系统接入的适应性。为实现电网接口的柔性起动,提出一种虚拟同步预并网控制方法,可实现电网接口柔性离/并网切换,消除起动冲击电流。仿真和实验结果表明了所提控制方案的有效性。     

交直流子网双边惯量约束下互联变流器动态功率控制策略

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用，混合微电网（HMG）的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器（ILC）互联运行时，子网的动态特性会通过ILC耦合，因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型，分析了子网双边惯量对HMG动态性能和稳定性的影响规律。针对交直流子网互联后功率振荡和变化率越界等问题，提出一种考虑双边惯量约束的ILC动态功率控制策略；并以HMG动态性能、系统稳定性和功率传输极限为约束条件，优化设计了动态功率控制器的参数。基于StarSim半实物仿真平台搭建了HMG系统，在多种工况下验证了所提出的动态功率控制策略和参数设计方案的有效性和适应性。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

改善微电网频率动态响应的虚拟同步发电机强化惯量控制方法

为充分利用虚拟同步发电机(VSG)的调频潜力,提出一种适用于交直流混合微电网的虚拟同步发电机强化惯量控制方法,即在虚拟同步发电机的基本控制结构上增加与系统频率偏差量相关的辅助调频控制环节,使之可以在负荷扰动后提供更多的调频功率,进一步改善系统的频率响应特性。基于Matlab/Simulink构建了以虚拟同步发电机为接口的交直流混合微电网模型,并在实验室研制了一台实验样机对所提控制方法进行验证。仿真和实验结果表明,与常规控制方法相比,强化惯量控制在给定的控制参数下可以使相同负荷扰动后的系统频率偏差进一步减小约25%,从而证明了所提控制方法的有效性。     

基于双向接口变换器的混合微电网交直流母线电压统一控制策略

交直流混合微电网中,交流电压不平衡引起的接口变换器瞬时功率脉动以及单相交流负荷并入直流微电网导致的直流电压二倍频脉动,影响混合微电网正常运行。针对上述问题,建立了双向接口变换器ab坐标系下的数学模型,分析了不平衡工况下交流子网以及直流子网单相逆变负荷的二倍频功率传输特性,在此基础上,通过在双向接口变换器直流侧引入降压型波动功率补偿电路,详细设计了基于改进型双向接口变换器的交流不平衡电压及直流二倍频脉动电压统一控制策略。对补偿电路电容容量进行定量分析,使双向接口变换器可以在较小直流母线电容容量情况下,利用自身功率余量同时补偿交流不平衡电压与直流二倍频脉动电压,仿真证明了所提控制策略的有效性。     

基于双自适应参数混合微网虚拟同步机控制策略∗

交直流混合微网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制,常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节,对此提出一种基于交、直流微网功率传输原则的虚拟同步机控制(Virtual Synchronous Generation,VSG)策略,建立其小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对控制系统稳定性能的影响.针对传统VSG无法抑制交直流微网功率交换过程中的功率振荡,提出一种采用双自适应虚拟参数的VSG控制策略用于交直流混合微网AC/DC接口变换器控制系统,并通过小信号模型分析法确定额定虚拟参数取值范围.最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提方案可有效提高混合微网AC/DC接口变换器控制系统性能.     

考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

孤立交直流混合微电网集中储能荷电状态趋近充、放电临界值,容易引发微电网及其子网功率越限,从而导致系统供电不可靠。在此背景下,该文提出了一种考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,根据交直流混合微电网及其子网功率盈缺状态,同时考虑混合储能中传统集中和灵活储能之间协调配合,将交直流混合微电网运行模式划分为正常、临界平衡和功率越限3种。在此基础上,根据储能荷电状态不均衡或异常、子微网越限等非正常状态进一步划分工况,以将控制目标进行细分。接着,通过分析电动汽车灵活储能、传统集中储能与互联接口变换器在同一时间尺度下的响应优先级,设计混合储能功率分配和互联接口变换器功率传输原则,并提出系统运行模式及工况间平滑切换方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的交直流混合微电网仿真模型验证了所提控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的微电网电能质量控制

交直流混合微电网(HMG)因兼顾了交流微电网和直流微电网的优点,得到越来越广泛的研究和应用,其中连接2个子网间的互联变流器(ILC)是维持交直流HMG稳定运行的关键。针对现有交直流HMG电能质量的研究,其交流子网频率和直流子网母线电压通常偏离额定值,属于有差调节。基于此,提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的ILC控制策略,该策略不仅能使交直流HMG在并网运行和离网运行两种模式下的交流频率和直流母线电压始终维持在额定值,同时还能平滑交直流HMG中各单元的输出。最后搭建实验样机验证了所提策略的有效性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。     

交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

交直流混合微电网是未来电网的发展方向之一。为实现两侧微电网的功率相互支撑,提出了一种新型的互联变流器控制策略。采用双级式互联变流器,解决了在直流微电网电压等级较低时与交流微电网互联的问题,且直流微网电压在较大范围内变化时也可正常运行。针对双级式互联变流器的特点,推导得到交流微网频率与电容电压的数学关系,在功率控制环节采用电压偏差-功率下垂控制策略,实现了两侧子网的功率支撑。PSCAD仿真结果验证了控制策略的有效性。     

交直流混合微电网互联变流器改进控制策略

互联变流器是交直流混合微电网的重要组成部分,需要承担交流微电网与直流微电网间的功率分配任务,需要具有良好的动态性能。针对孤岛模式下传统下垂控制的互联变流器存在惯性小、系统瞬态性能差的问题,提出了基于自适应下垂控制的互联变流器控制策略。在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量,动态增加系统惯性,提高系统瞬态性能。在此基础上,为了避免互联变流器整流与逆变模式的频繁切换,提出滞回控制方法,提高了系统的稳定性。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明,孤岛模式下自适应下垂控制方法能够有效增加系统的惯性,提高系统动态过程的稳定性。滞回控制方法可以有效减小死区加入导致的交直流两侧功率分配偏差。     

孤岛微电网中制氢负荷谐波功率分配策略

制氢与微电网相结合是实现新能源高效消纳的重要途经之一。实际微电网的负荷优先级和电压质量要求存在差异，而制氢负荷接入会引入谐波功率，通过互联变换器(ILC)与高优先级直流子网相连，会出现直流母线多倍频脉动，其本质是谐波功率分配问题。目前已有功率分配策略大多致力于均分，忽略了高优先级子网的电压质量需求。为此，建立优先驱动的ILC功率协调控制模型，优化目标是使子网的总直流电压/交流频率偏差最小；建立制氢负荷模型，推导得到谐波视在功率的简化公式；基于谐波功率、子网优先级系数和谐波阻抗重塑理论，提出谐波功率在ILC和交流子网之间的自适应控制策略。通过硬件在环实验验证了所提策略的有效性。     

孤网模式下交直流混合微电网互联变换器综合下垂控制

互联变换器的控制方式直接影响交直流微网的稳定运行。分析研究了交直流互联变换器在孤网运行下基于下垂理论的控制方式,包括双下垂控制、下垂特性单位化控制、基于单位化混合下垂控制,针对其在功率流动方向判定和功率参考值选取的不足,提出了一种基于综合下垂系数的控制策略,具体论述了综合下垂系数的求取过程,定义了交直流混合微电网系统下垂系数比,比较混合微网功率盈余与缺额值,将较小值作为互联变换器的功率参考值,最大程度地减小了单个子网偏离额定运行条件下对联络子网的影响。最后利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建交直流混合微电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于子模块电容能量波动的MMILC下垂控制策略

交直流混合配电网中,孤岛模式下互联换流器(interlinking converter,ILC)具有实现配网间功率平衡、维持交流频率和直流电压稳定的作用。模块化多电平互联换流器(modular multilevel interlinking converter,MMILC)作为ILC的拓扑之一,具有谐波特性好、波形质量高、开关损耗低等优势。文中提出一种适用于MMILC的两级式下垂控制策略,首先基于子模块电容能量波动特性建立了适用于MMILC的新型交直流侧统一下垂特性;然后推导得出了MMILC直流侧电压与等效子模块电容电压间的数学关系,使MMILC仍可通过直流电压偏差进行功率调节,同时设置了下垂特性曲线的死区和最低允许运行范围;最后,分别对MMILC在不同负载模式和过载情况下的控制性能进行了仿真。仿真结果表明,所提出的MMILC两级式下垂控制策略可以自动平衡不同负载模式下交直流侧配网的功率偏差,过载情况下可以瞬时闭锁,验证了控制策略的正确性和有效性。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

交直流混合微电网母线接口参数自适应VSG控制策略

针对交直流混合微电网的母线接口变换器采用传统VSG控制策略时存在母线频率的超调量与暂态过程时间矛盾,以及传输功率的暂态过程长期处于超调状态问题,提出一种交直流混合微电网母线接口参数自适应VSG控制策略。该控制策略可以使接口变换器的传输功率、母线频率的超调量减小;可以优化系统的动态调节能力,进而缩短暂态过程。建立了符合母线接口变换器VSG的数学模型,在VSG数学模型的基础上引出了参数自适应VSG控制策略。通过仿真,对比参数自适应VSG控制策略与传统VSG控制策略的控制效果,验证了所提出的控制策略的有效性和可行性。     

基于改进信赖域算法的孤岛交直流混合微电网潮流计算

交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优点,是未来具有发展前景的一种微电网形式。针对对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网,考虑分布式电源和分布式储能装置不同的控制方式,基于交直流互联变流器标幺化方法的自治运行控制策略,兼顾交流子系统和直流子系统之间的双向功率交换,建立了对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网潮流计算模型。为了提高现有潮流计算方法的收敛性,提出了信赖域半径收敛至0的改进信赖域算法求解上述模型。通过对12节点的孤岛交直流混合微电网的潮流计算,与BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)信赖域算法及牛顿—拉夫逊法进行了对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。