交直流混合微网中双向接口变换器控制综述

在交直流混合微网中,双向AC/DC接口变换器连接交直流母线实现子网之间的能量双向流动,其控制策略直接影响交直流混合微网的稳定运行。根据微电网的运行模式,接口变换器的控制可以分为并网控制和孤岛控制两大类。首先对交直流混合微网的结构进行了分析和讨论,随后分别介绍了并网模式和孤岛模式下单台接口变换器以及多台并联接口变换器的控制策略。最后对当前主要的控制方法进行了总结,并对未来双向接口变换器的研究方向进行了展望。     

直流微网自适应动态下垂控制策略研究

直流微网由于接入分布式能源而具有随机性和不稳定性,为平衡负荷波动,传统直流微网常采用下垂控制策略,但会引起一定范围内的电压偏移,不仅影响系统调节范围,而且会对接入负载产生不良影响。此外,传统下垂控制系数为常数,下垂系数大则电压会远远偏离参考值,下垂系数小则动态性能差。针对以上问题,提出直流微网自适应动态下垂控制策略,不仅具有良好的动态性能而且实现系统电压无静差。将上述控制策略分别进行仿真和实验,结果表明该控制策略可有效实现直流微网的运行稳定。     

主从控制混合微电网中互联变流器控制策略

针对基于主从控制的交直流混合微电网,研究了孤岛模式下的功率平衡关系和互联变流器控制策略。主控制单元控制系统的功率波动,维持系统的稳定性,因此提出了主控制单元容占比的概念,来反映两侧微电网的运行状态;根据此概念,建立了交直流两侧的数学联系,设计了互联变流器的分区段控制策略,调节功率在微网间的流动,以实现两侧功率的相互支撑;为了避免互联变流器运行模式的频繁切换,设置了滞回比较环节,提高系统的稳定性。在PSCAD／EMTDC搭建了交直流混合微网仿真模型,结果表明,在孤岛模式下分区段控制策略能够实现对互联变流器的灵活控制,可准确调节交直流子网间的功率流动,实现系统的功率平衡以及各微网的电压和频率稳定。     

考虑分布式储能参与的直流配电网电压柔性控制策略

针对多节点直流配电网电压稳定性差且控制困难的问题,提出一种考虑分布式储能参与的直流配电网电压柔性控制策略。首先,分析直流配电网的拓扑结构,指出了现有控制策略在多节点电压调节方面的不足以及分布式储能参与调压的可行性。其次,推导配电网中交直流接口的电压-频率耦合关系以及双向直流接口的级联下垂特性。针对配电网端口交直流断面,将交流电网的频率波动经虚拟惯性作用与直流电压波动建立联系,生成虚拟电压差以控制储能响应频率波动,减小直流配电网的接入对交流电网的影响。针对配电网-微网变流器断面,依据接口类型的不同设计分布式储能单元的控制策略,使其响应配电网节点电压的变化,增强功率波动时直流电压动态稳定性,减小配电网运行模式切换的可能性。该策略仅需本地节点信息,无需通信,可扩展性好。最后,建立典型的两端直流配电网的仿真模型,通过系统仿真证明了所提柔性电压控制策略的有效性。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

Compensation of droop control using common load condition in DC microgrids to improve voltage regulation and load sharing

DC microgrid is one feasible and effective solution to integrate renewable energy resources, as well as to supply reliable electricity. The control objective of DC microgrids is to obtain system stability, low voltage regulation and equal load sharing in per unit. The droop control is an effectively method adopted to implement the control of microgrids with multiple distributed energy units. However in the application of low-voltage DC microgrids, the nominal reference mismatch and unequal cable resistances require a trade-off to be made between voltage regulation and load sharing. In this paper, a unified compensation framework is proposed using the common load condition in local controller, to compensate the voltage drop and load sharing errors. The voltage deviation is compensated with a P controller while the load sharing is compensated through a PI controller. An additional low bandwidth communication is introduced to share the output current information, and the average output current in per unit is generated to represent the common load condition. The performance of the proposed method is analyzed and compared with basic droop control and hierarchical structure method. The large signal stability is analyzed to define the margin of compensation coefficients. Simulations and experiments are carried out to verify the performance of the proposed method.     

交直流混合微电网运行优化建模与不确定性分析

交直流混合微电网的运行优化易受多种不确定性因素的影响,考虑不确定性因素影响下的微电网运行优化及分析各因素对运行优化影响程度并确定显著影响因素是目前值得研究的方向。文中分析并模拟了新能源出力随机性、负荷预测误差、电价波动、元件随机故障等不确定性因素,建立了考虑上述复合不确定性的交直流混合微电网运行优化模型,从经济性、环保性和可靠性三个方面构建系统运行优化评价指标体系,运用蒙特卡洛方法对系统评价指标模型进行分析并进行复合不确定性评价,得到各评价指标的概率分布及各不确定性因素对评价指标的影响权重。通过算例分析给出了对技术经济指标有显著影响的因素,为交直流混合微电网的运行优化及不确定性因素敏感性分析提供参考。     

考虑网络损耗的基于模型预测直流微电网群能量优化策略

直流微电网群实现了多个直流微电网的互联与能量互济,提高了单一直流微电网供电效率和可靠性,但多个直流子网的接入使得直流微电网拓扑更加复杂,增加了网络传输损耗和协调控制难度.文中提出一种以最小损耗为目标,具有自适应分配系数的优化策略.通过对各子网预测功率的修正,实现直流微电网群功率的协调与优化.为预测各子网功率变化情况,提出基于脉宽调制的模型预测控制,降低了在线运算量.最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性.     

新型交直流混合微电网拓扑及其可靠性分析

交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网的优点,是未来智能电网的发展趋势之一,而拓扑结构和可靠性研究是交直流混合微电网发展的基础。参考现有微电网拓扑结构,结合交直流混合微电网的构成和运行方式,提出了3类新型交直流混合微电网拓扑,分别是一对多型(一个交流微电网与多个直流微电网)、多对一型和多对多型,根据3类拓扑自身的特点,指出了各自的适用场景;基于配电网可靠性分析方法,考虑分布式电源接入和微电网孤岛运行,提出了交直流混合微电网的可靠性计算方法;通过算例,对比和分析了提出的3类新型交直流混合微电网拓扑的可靠性。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协同控制

直流微电网的控制目标主要是实现维持电压稳定和负荷比例分配,传统的下垂控制无法同时兼顾两个控制目标,而集中控制存在依赖中央控制器等弊端。文中提出一种基于有限时间一致性的直流微电网分布式控制策略,在下垂控制的基础上,提出包括电流矫正控制和电压调节控制的分布式二次控制。该策略基于多代理系统及其分布式交互协议实现,各分布式电源代理仅与邻居交互输出电流信息,通过有限时间一致性协议,完成各分布式电源的输出电流按比例分配,并利用平均输出电流进行电压协同调节。所述控制策略以分布式的方式实现,能够满足分布式电源即插即用的要求,采用有限时间一致性算法具有较好的收敛性能。为验证该策略的控制效果,在PSCAD/EMTDC中建立了详细的直流微电网模型进行仿真。结果表明所述策略可以有效地完成直流微电网电压稳定和负荷比例分配的控制目标。     

Adaptive intelligent techniques for microgrid control systems: A survey

This paper introduces a survey on the adaptive and intelligent methods that have been applied to microgrids systems. Interestingly, the adaptive technique is effectively exercised in various control issues including stability, tracking error, and parameter uncertainties. Adaptive control has been extremely developed by using intelligent algorithms to automatically tune the control parameters namely fuzzy logic, particle swarm optimization, bacterial search algorithm, and etc. The objective is to evaluate and classify the design control methods and evaluation algorithms for the microgrid systems to maintain stability, reliability, and load variations by adjusting the controller parameters especially in standalone operation mode. The stability of islanded microgrids are constantly impacted by the related loads. A significant part of the research on an islanded microgrid involves droop control technique. In normal operation, distributed generation units and storage units provide power quality control. Once a shutdown is occurred, microgrid can be isolated from the main grid and operate in a local grid to support the local loads. Thus, distributed generations co-operate storage units to sustain the stability of the islanded microgrid.     

基于分布式电源的微电网群柔性聚合与分层控制

微电网群柔性聚合是采用柔性直流输电技术将多个微电网互联成一个整体的技术,可以很好地克服交流互联所带来的低频振荡、互联冲击电流、高低压电磁环网等问题,并具有高度的延展性和灵活性.文中对微电网群柔性聚合方法进行了系统性的研究.提出多种柔性聚合的基本结构;构建柔性聚合分层控制体系,包含优化调度层、协调控制层和子微电网自治管理层;针对于不同的运行场景,提出聚合并网、聚合孤岛、解列并网和解列孤岛运行模式及相对应的切换控制策略.采用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建柔性聚合仿真模型,仿真结果表明柔性聚合在不同运行模式下均可表现出可靠性和稳定性.     

基于通用电能路由器的微电网架构及其控制方法

在中压直流作为电源的交直流混合微电网中,低压公共交直流母线为多变流器的接入提供了稳定电压。微电网通过配置电能路由器,构建低压交直流母线电压,在保障交直流系统故障隔离的前提下,可实现交直流系统功率的双向传输,提升了新能源的消纳,同时还可提高混合微电网的运行可靠性。文中提出基于通用电能路由器单元的低压微电网系统拓扑,设计了电能路由器的端口配置及控制模式,优化了电源与电网的接入,通过多机并联控制策略,有效解决了多电源并联运行稳定性问题,研究了变换器的电压一次调节、二次调节及微电网控制模式快速转换的控制方法,可有效丰富配电网的运行方式,优化光伏、风电等新能源的消纳路径。     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。     

基于功率平衡及时滞补偿相结合的双级式变流器协调控制

在光伏、锂电池储能等分布式发电系统及微网中,包含DC/DC和DC/AC两级功率变换模块的双级式功率变流器作为能量汇集和交换的核心设备而得到广泛应用,其协调控制则是保证系统稳定运行的关键。首先利用经典控制理论从动态性能方面分别对前后级控制器参数进行设计;然后在全系统状态空间小信号模型基础上,利用特征值理论进行稳定性分析;最后为抑制暂态时直流母线电压冲击和波动,提出基于功率平衡和时滞补偿(一阶微分环节)相结合的前馈补偿方法。实验结果表明,采用本文提出的控制器设计和分析方法获得的系统动态与稳态性能和理论分析一致;应用该前馈补偿方法,能有效抑制暂态时直流母线电压冲击和波动,提高系统动态响应。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

环形直流微电网故障分析与保护

直流微电网故障的快速检测与切除是提高其运行可靠性的关键。电流差动保护可快速有选择地切除故障,但受短路阻抗影响较大,在高阻抗短路时可能拒动。针对环形直流微电网,文中提出基于母线功率变化率的差动保护,由母线两侧功率变化率作为差动量,在区内故障时,母线功率变化率差动值大于动作值,保护动作切除故障线路。功率变化率差动值与短路电流平方及短路阻抗成正比,相比电流量保护,具有更快的故障识别速度和更高的保护灵敏度。仿真结果验证了所提保护方案具有更好的速动性、灵敏性,提高了环形直流微电网的可靠性和稳定性。     

孤岛模式下的微网多PT铁磁谐振的研究

微网中由于不同的实体独立测量电压,会出现多个PT并联运行的情况。孤岛模式下的微网,失去了主网中性点消弧线圈或小电阻的电压钳位,并联运行的PT更容易发生铁磁谐振。为了提高微网孤岛运行的安全性,深入分析了多PT铁磁谐振的产生机理,同时提出了铁磁谐振的抑制技术。分析表明:通过串一、二次消谐电阻的措施不能可靠消谐,而采用投入一个经消谐电阻接地的中性点的方案具有更好的效果。根据微网的实际运行情况,研究了消谐电阻的选择方法及其控制技术。EMTP/ATP仿真和实际运行验证了所提出方案的有效性。     

含±800 kV云广直流的南方电网交直流系统 RTDS仿真研究

云广±800 kV特高压直流输电系统投运后（2009年单极投运,2010年双极投运）,南方电网结构将更为复杂,交直流并联运行特点愈发显著。因此,建立了南方电网2010年交直流并联电网全电磁暂态RTDS实时仿真模型,并进行仿真分析。结果表明：云广直流系统在孤岛方式下全功率运行时,南方电网系统可能会出现约0.6 Hz振荡,可以通过降低云广直流传输功率解决该问题;云广直流系统发生双极闭锁故障,将影响南方电网稳定运行,须预先研究合适的安稳策略。     

基于内点法的交直流系统电压稳定性评估

针对交直流系统稳定分析时直流变量约束、运行方式调整以及计算收敛性问题,基于原始-对偶内点法提出分段求解交直流系统负荷裕度的新算法。由交直流网络间的耦合关系和换流器转换方程,推导出直角坐标系交直流系统的Jacobi、Hessian矩阵,进而用原始-对偶内点法求解直流控制方式不变的交直流系统的负荷裕度。交直流系统直流控制方式会发生调整,提出分段求解负荷裕度的方法,即分别用内点法求解系统不同直流控制方式的最大负荷增量再求和,该方法能方便考虑直流变量约束及运行方式的调整。经算例验证该算法在交直流系统稳定计算中对初始值选择要求不高,收敛迭代次数少。