基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。     

多通信方式联合组网下的海岛微电网控制方法

由于偏远海岛环境恶劣、通信条件差,海岛微电网存在运行可靠性低、维护困难等问题。文中首先分析了海岛微电网监控系统的架构与功能要求,基于微电网控制的多时间尺度特征,结合偏远海岛的地理条件,确定采用混合通信方式能比较经济地满足微电网监控系统的通信需求,并基于通信的特点提出微电网的预防控制和紧急控制方法。在微电网正常运行时,根据监测的气象环境信息,预测分布式电源与负荷功率,制定微电网能量调度策略,对微电网实施预防控制;在微电网出现故障处于紧急状态时,根据监测的扰动大小及负荷功率信息,实施紧急控制。最后以某微电网为例,验证所提基于多通信方式的微电网预防控制与紧急控制方法的有效性。     

提高直流微电网稳定性的有源阻尼方法

为解决直流微电网中恒功率负载大量接入引发的系统不稳定问题,提出一种基于并网接口变流器直流电流前馈的有源阻尼控制方法。研究直流微电网的并网接口DC-AC变流器数学模型和适用于DC-AC变流器的有源阻尼方法的控制策略,建立直流微电网的小信号数学模型。基于系统主导极点分布和阻抗匹配原则,分析恒功率负载对系统稳定性的不利影响及有源阻尼方法对系统稳定性的改善作用,并给出有源阻尼参数的设计原则。仿真和实验结果表明,所提有源阻尼方法可以提高在恒功率负载高渗透率下的直流微电网系统稳定性。     

基于前馈自抗扰的光伏微电网混合储能控制策略

针对光伏微电网混合储能系统中储能设备间的功率分频分配有效性差和抗干扰能力较弱等问题,提出一种基于前馈自抗扰控制(feedforward linear active disturbance rejection control,FF-LADRC)的光伏微电网混合储能控制策略。首先,搭建混合储能系统中蓄电池和超级电容的双向DC-DC数学模型,通过在电压环控制中引入前馈自抗扰控制,以提高混合储能系统的动态响应速度和抗干扰性能,并通过设置低通滤波,进而实现不同储能设备之间的功率分频分配。同时,将线性自抗扰控制分别引入蓄电池电流环控制和超级电容电流环控制,以实现不同储能设备间的协调控制,进而提高并网侧功率稳定性。频域分析结果证明了所提控制策略的有效性和稳定性。仿真结果表明,所提控制策略能够快速进行功率分频分配,同时协调光伏微电网有效运行。     

基于功率能量特性的含小水电微电网储能容量配置方法

含小水电微电网受源荷不确定性影响易产生较大的功率波动,离网状态下易导致微电网系统停电、弃电的发生。为了充分考虑含小水电微电网功率、能量的平衡特性,提高含小水电微电网运行的经济性和鲁棒性,提出一种基于功率能量特性的含小水电微电网储能优化配置方法。首先,分析了含小水电微电网的功率能量平衡机理,提出了该微电网的功率能量特性模型;然后,在含小水电微电网功率能量特性模型和源荷不确定性模型的基础上,提出了基于功率能量特性的随机场景分解聚类方法和储能容量配置方法。最后,以某地区离网型含小水电微电网为仿真算例,通过与现有方法进行结果对比和影响因素分析,验证了所提方法的有效性。     

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。     

微电网能量管理系统开发与应用

通过电气结构和控制架构设计,完成了硬件系统的搭建;在此基础上,围绕微电网与配电网友好互动的目标,进行软件系统平台和应用功能设计,开发了基于四维能量管理空间的微网能量管理系统,实现了微网短时的功率平衡和长期能量管理。     

基于模型预测控制混合储能系统的直流微电网韧性提升策略

受可再生能源出力波动、负荷变化、故障以及非计划性脱网等事件的影响,直流微电网将面临不同时间尺度的动态功率不平衡问题.直流微电网运行韧性体现了系统在高频/小干扰事件与低频/极端事件下的快速响应、减少性能损失并尽快恢复的能力.提出了一种基于有限控制集模型预测控制的混合储能系统的直流微电网运行韧性提升策略.为完善直流微电网韧性评价体系,首先提出了量化直流微电网运行韧性的方法.其次,建立混合储能系统离散预测模型,设计代价函数以及不同控制目标之间的权重系数,最大化功率型与能量型储能系统的优势,实现了基于局部信号的快速充放电与能量自动恢复控制.最后,通过多种干扰事件算例,验证所提出的韧性提升方法的可行性与有效性.     

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.     

基于储能控制的交直流混合微电网运行策略研究

储能系统在微电网安全稳定运行过程中发挥着不可替代的作用。微电网并网运行时,储能系统储存能量;孤岛运行时,作为微电网的主电源,维持系统电压和频率稳定。提出了一种适用于交直流混合微电网的锂电池储能系统能量管理策略,分析了锂电池组双向DC/DC和双向DC/AC变换器主电路及控制部分,建立了含最大功率点跟踪(MPPT)控制的光伏发电单元的微电网仿真模型,并搭建系统实验平台。仿真和实验结果表明,提出的微电网能量管理策略可以保证微电网在各种运行模式下均能安全稳定运行。     

微电网储能系统下垂协调控制与母线电压控制策略

针对风光互补微电网内风力发电系统和光伏发电系统运行特性,提出采用蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与超级电容储能系统(Super Capacitor Energy Storage System,SCESS)下垂协调控制策略基础上对微电网母线电压采用对应的控制策略,进而优化无功功率控制,以此进一步提高对微电网内负荷供电的稳定性。文中对微电网模式切换过程,加以控制策略理论分析,再通过PSCAD/EMTDC仿真软件,验证文中所提出控制策略的有效性及可行性。     

Optimum battery energy storage system using PSO considering dynamic demand response for microgrids

This article proposes a novel optimum sizing of battery energy storage system (BESS) using particle swarm optimization (PSO) incorporating dynamic demand response (DR) to improve a fast, smooth and secure system stability and performance, avoiding a microgrid from instability and system collapse during an emergency situation. An optimum size of BESS integrating DR can play an important role in frequency control of the microgrid in order to rapidly improve the system stability, restore the power equilibrium and prevent system collapse in the microgrid. The optimum size of BESS is evaluated by PSO incorporating DR based on frequency control of the microgrid. The results show that the optimum size of BESS-based PSO with DR can improve a fast, smooth and safe system performance and dynamic stability compared with the optimum size of BESS-based simulated annealing (SA) with DR and the conventional size. Nevertheless, the proposed sizing methods also determined the impact of BESS specified costs between modern and conventional BESS technologies. The capital cost, operating and maintenance cost of BESS were then investigated and compared in terms of economical performance for microgrid operations.     

计及负荷储能特性的微网荷储协调联络线功率波动平抑策略

以微网整体参与市场交易为背景,计及直接控制负荷的储能特性,提出采用电池储能和直接负荷控制(DLC)协调的微网联络线功率波动平抑策略。将DLC视为储能资源的调控行为,建立基于负荷储能特性的DLC模型。在此基础上,以经济效益最大为目标,考虑DLC作用,基于两阶段随机规划优化微网短期交易行为。以经济性和不影响用户用能体验为原则,提出考虑负荷运行状态的微网联络线功率波动完全平抑方案。最后,通过仿真算例验证了所提策略的有效性。     

基于模糊控制的电池储能系统辅助AGC调频方法

针对AGC控制中火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低的问题,提出了一种基于模糊控制策略的电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)辅助AGC调频方法。该方法以区域控制偏差(Area Control Error,ACE)及其变化率作为模糊控制器的输入量,BESS的参考功率变化量作为输出量,根据系统的运行状态调节BESS输出功率,辅助火电机组改善电网的动态调频性能。基于Matlab/Simulink平台的仿真结果表明,BESS能够迅速响应负荷扰动,减小了系统频率偏差和联络线功率偏差,降低了系统的超调作用,有助于提高电网AGC调频能力和增强系统的稳定性。     

Regulation and stabilization by ice storage air‐conditioning and battery energy storage system in microgrids

The energy consumption statistics of buildings shows that cooling takes up a considerable portion of the energy demand. The peak–valley characteristics of cooling demand coincides with that of the electrical load in the microgrid. Thus the management of the cooling demand side can regulate the peak–valley demand and stabilize power fluctuations. This paper proposes a new energy management strategy that reduces the investment and loss of the battery energy storage system (BESS ) by applying ice storage air‐conditioning (ISAC ) to the microgrid. Based on the load characteristics and BESS investment, the capacities of the chillers and the ice tank are analyzed. Penalty functions of ISAC and BESS are designed, according to which the stabilization command is dispatched. Finally, an actual case is analyzed by the proposed strategy, and the results verify the feasibility and effectiveness of the energy management strategy. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于可控负荷与蓄电池储能的直流配电网电压波动抑制

为了抑制直流配电网电压波动,提出了一种基于可控负荷与蓄电池储能的综合控制策略。对影响直流配电网电压波动的因素,包括新能源输出功率变化、负荷变动、线路参数变化及新能源接入位置进行了具体分析。当电压波动较小时,利用可控负荷即可抑制直流电压波动,可以减少蓄电池的容量配置及其充放电次数,提高了储能装置的经济性;当电压波动较大时,由于可控负荷的容量有限,需要蓄电池对直流电压波动进行抑制,因此可控负荷需与蓄电池配合控制,并对两者控制参数进行了设计,采用基于扰动观测器的前馈控制,减小了直流电压暂态波动。在MATLAB/Simulink中建立了直流配电网模型并进行了时域仿真,仿真结果表明所提控制策略能够抑制上述因素造成的直流电压波动,提高直流配电网各节点的电能质量。     

基于RT-LAB的储能系统离网运行控制策略研究

微网离网运行时,要求电压和频率稳定。针对风电和光伏的间歇性波动以及负载的频繁投切特性,微网需要储能系统平衡有功和无功功率。本文首先基于RTLAB搭建了储能系统离网运行实验平台,然后在传统的V/f单环控制基础上,对比分析了电感电流内环和电容电流内环两种双环控制方法,改进了传统的恒压恒频控制,该控制策略有更好的抗负载电流扰动特性。最后在matlab/simulink环境下进行了仿真,并且在RTLAB平台上进行了半实物仿真验证,结果表明了提出控制策略的有效性。     

基于模糊控制的光储微网实时电价能量管理策略

在光储微网中,由于实时电价的波动性、光伏出力的随机性以及储能电池充放电的灵活性会带来能量调度复杂的问题,传统的能量管理策略难以实现功率的精确分配与经济最优.为此,在传统能量管理策略基础上,针对光储微网提出了一种基于模糊控制的优化控制策略,以能量经济运行为优化目标,根据微网内各单元出力情况以及电价设计了8种运行模式,通过...     

用于平抑风电功率波动的电池储能系统控制策略

摘 要：采用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）与风电场形成联合系统可平抑风电功率波动。如何制定BESS的控制策略以有效平抑风电功率波动,进而最大化系统接纳风电的能力是一个值得研究的重要问题。在此背景下,针对采用BESS平抑风电功率波动的控制策略开展研究工作。首先,针对风储联合系统的结构及特性,建立BESS的数学模型。考虑到BESS在当前时段的充放电行为影响其在下一时段的电池状态,在满足电池实际运行约束的前提下,提出用于平抑风电场出力波动的BESS的改进控制策略。之后,发展以风储联合出力波动越限概率最小为目标的BESS优化控制策略,并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后,以某风储联合系统为例,对所提出的BESS改进控制策略和优化控制策略平抑风储联合系统整体出力波动的效果进行验证。     

电池储能系统用于风电功率部分“削峰填谷”控制及容量配置

为缩减风电输出功率小时级的峰谷差,减小风电功率间歇性、波动性对规模化风电并网带来的不利影响,基于风电功率短期预测技术的小时级风电功率输出指令,提出风电功率部分“削峰填谷”控制策略,利用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）缩减小时级尺度的风电功率峰谷差,并在各时间窗口内将风储合成出力的风电功率波动限制在一定的带宽范围以内;提出基于正态分布的储能功率计算方法,基于电池储能系统优化控制策略,分析电池储能系统实现部分“削峰填谷”控制策略与储能容量之间的关系。仿真实验结果验证该控制策略下储能容量配置的正确性与可行性。