直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.     

交直流混合配电网多阶段随机优化调度模型

高比例间歇性分布式光伏的接入给交直流混合配电网的运行带来了挑战。当前所提两阶段随机优化调度模型对不确定变量的观测较为粗略,导致配电网实时决策与日前决策偏差较大。鉴于此,提出了基于场景树的交直流混合配电网多阶段随机优化模型。所提模型以日前购电成本、日内调节成本和实时平衡成本之和最小为目标,通过储能装置的充放电功率调节、换流站输出功率调节和需求响应等灵活调节措施,实现了间歇性光伏的就地消纳和系统的削峰填谷。多阶段随机优化模型的日前离散决策变量可随日内和实时阶段的不确定信息改变而自适应调整,更符合实际高比例光伏渗透下交直流混合配电网的运行需求,为其经济灵活运行提供技术支撑。     

基于下垂特性调节的直流配电网稳态分析

针对基于下垂特性调节的直流配电网,在给出变流器下垂特性基本原理的基础上,指出作为下垂控制的变流器内特性与直流配电网网络参数形成的外特性的交点即为实际运行点,讨论下垂特性参数与变流器功能的量化关系,分析含多变流器的节点综合下垂特性,包括多源、多荷及源荷混合等方式,提出变流器下垂特性二次调节的方法,考虑潮流控制器的影响,推导包括下垂特性控制、二次调节和下垂特性参数变化(三次调节)的直流配网潮流算法。算例结果表明,直流配电网的下垂特性调节能够实现节点运行的优化,相比其他的控制方法,更适用于对直流配电网络的灵活调节。     

计及电压风险感知的交直流配电网优化调度

为有效适应交直流配电网分布式光伏和负荷不确定性波动带来的电压安全问题,提出一种计及交直流配电网电压风险感知的优化调度方案,该调度方案包含日前和日内两阶段.日前决策调度以经济性为目标制定运行计划.日内风险调度考虑分布式光伏和负荷超短期波动特性.基于超短期预测概率信息,使用结合Nataf变换的随机响应面法进行概率潮流计算,并根据概率潮流结果建立电压风险感知体系.日内以配电网电压安全运行风险最小为目标,调整日前调度方案中部分灵活迅速调控设备的运行计划.最后,通过交直流配电网混合整数二阶锥模型对调度计划进行求解,并通过算例验证了所提方案的有效性.     

大规模海上风电场多端直流输电系统的最优电压控制

为实现了海上风电场多端直流输电系统直流网损最小,研究了一种电压下垂跟随控制策略。采集海上风电场电能参数,实时更新网侧换流站下垂增益,利用非线性规划模型来实现多端直流输电系统的优化,实现约束条件下的最优系统功率潮流。以风电场环形拓扑多端直流输电系统为例,列出目标函数和约束条件,建立最优化问题数学模型。基于序列二次规划法,针对3种电力调度模式,采用MATLAB仿真验证该控制策略的有效性。仿真结果表明,与传统电压下垂控制方法相比,该控制策略可在低风速条件下以更小的功率损失实现电能传输。     

含多种分布式电源的直流配电网多模式调压策略

直流配电网凭借适于分布式电源接入等优势成为未来配电网的发展方向,其稳定运行控制策略是亟待解决的问题之一。该文以包含风电、光伏和储能系统的直流配电网为研究对象,提出了一种基于下垂控制的多模式调压策略。根据电压偏离额定值程度和各端调压能力,该策略将直流配电网的电压调节分为主调压模式、后备调压模式和紧急调压模式,实现了多种工况下直流电压的分散自律控制。主调压模式和后备调压模式分别为联网换流器和储能系统按下垂特性调节直流电压,紧急调压模式则包括新能源降功率运行和负荷减载。此外,对蓄电池荷电状态达限值及直流电压偏差问题进行了研究,并提出了相应的解决方法。最后,利用Matlab/Simulink搭建了包含风电、光伏和蓄电池的六端环状直流配电网仿真平台,验证了所提调压策略的有效性。     

基于MMC的多端柔性直流配电网控制与保护

为提高多端柔直配电网系统的稳定运行能力,本文首先对分割的城市中压配电网进行互联设计了多端柔性直流混合配电网,对主要换流设备选型进行实例设计;基于下垂控制策略并结合功率参考值平移的曲线特性,将考虑电压限值的直流电压斜率控制方法应用于多端柔直配网,并制定本文设计案例的换流器保护配置策略。在PSCAD/EMTDC中完成10 kV多端柔直配网应用案例的搭建,最后仿真验证直流电压斜率控制策略及保护配置方案的有效性。     

自储能柔性互联配电网多时间尺度电压优化

为解决高渗透率分布式电源引起的电压越限问题,计及慢速调节设备特性和储能荷电状态的时序连续性,提出了自储能柔性互联配电网多时间尺度电压优化模型.日前优化求解慢速调节设备挡位并给出储能日内运行的功率限制区间,日内优化以此为基础求得各时段储能及柔直端口优化出力.基于电压越限检测实时调节各端口出力,以缩短过/欠电压持续时间.针对多时段耦合的混合整数非凸、非线性优化模型,提出了一种双层求解算法,上层利用动态规划法处理储能全时段优化与慢速调节设备的整数规划问题,下层利用多面体松弛技术改进二阶锥规划算法提高求解效率.最后,通过实际算例验证了所提模型和求解方法的有效性.     

考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置策略

高渗透率分布式电源引起电压偏移和波动等电压质量问题,同时可引发配电网网损增加。针对这一问题,以配置储能为解决方式,并以提高配电网经济效益和提升电压质量为目标,结合电池储能系统功率四象限输出运行策略,提出了配电网储能选址定容的优化配置策略。构建了以购电成本、网损成本和投资成本之和最小为目标的配电网经济运行模型,以15 min为时间尺度滚动计算,并以典型日内的总成本最低建立储能选址定容模型,同时对各节点电压的偏移和波动范围设置约束,使用混合整数二阶锥数学规划进行优化求解。以IEEE 33节点配电网为例进行仿真验证,结果证明了所提出优化配置方法的可行性与高效性。     

多端柔性直流配电网运行策略优化研究

直流配电网在提高系统运行效率、改善供电可靠性、提高电能质量和实现新能源安全有效接入等配电系统所面临的关键问题上具有显著优势,因此直流配电网的应用受到了广泛关注。直流配电网的运行策略研究对其实用性具有重要意义。而目前的研究主要从控制方面入手,较少考虑调度方案,造成运行策略较为片面。为此,提出了将控制策略与调度方案相结合的多端柔性直流配电网运行策略优化方案。首先给出了系统运行方式,分析了换流站控制方式选取原则,然后针对主从式控制策略,以换流站控制方式及控制指令(电压定值与有功定值)为优化变量建立了直流配电网多目标优化模型,最后以多端环状直流配电网为算例求解出调度方案。算例验证了所提模型的经济性以及将换流站控制方式纳入优化变量的合理性。该策略的实施能够减少电网公司购电成本和环境价值成本,降低系统网损。     

混合多端直流输电系统的损耗优化控制

为解决混合多端直流输电系统采用下垂控制时,不能在任意功率下运行在最优工作点的问题,提出了损耗优化控制策略。此控制策略分为两层:上层为优化控制,根据混合多端直流输电系统不同的注入功率计算下垂控制参数;底层为下垂控制,以实现对功率变化的快速调节。此控制策略在实现混合多端直流损耗最小的同时,也考虑了电网换相换流器逆变站最小熄弧角的限制,因而实现了混合多端直流输电系统的稳定与经济运行。为验证所提控制策略的有效性,建立了混合六端直流输电系统模型,首先根据提出的优化算法计算了此模型的稳态优化结果,然后在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证。在功率波动、通信故障情形下的仿真结果表明,所提损耗优化控制策略的降损效果与理论计算结果一致,并且满足系统约束,使混合多端直流输电系统不仅在送端功率变化时有良好的损耗优化效果,而且在通信故障时仍然能保持稳定运行。     

基于一致性耦合关联的交直流混合配电网协调能量管控

交直流混合配电网是未来电网的一个重要形态,其能量管控研究具有重要意义。对多源并入的交直流混合配电网搭建局部和区域双层调度模型,提出交直流混合配电网的分布式调度优化策略。在局部调度层,考虑可再生分布式能源和储能设备联合出力,保证对负荷的平稳供给,并将优化调度结果上传给区域调度层;在区域调度层,对交流区域和直流区域各自进行独立优化,充分考虑各区域的自主运行特性,同时满足交直流混合配电网的运行约束条件,并提出基于一致性理论的分布式能量管控方法,获得最优可行解。算例结果验证了所提策略的有效性。     

基于随机因子及优化下垂的多端直流配电网控制策略

多端直流配电网通常采用下垂控制策略以实现潮流的优化调配,与无需站间通信的微电网下垂控制策略不同,直流配电网需利用站间通信获得各站实时潮流,基于优化比例系数进行配电潮流的优化调度控制。设计了基于配电变压器容量及负荷状态估计的优化比例系数,各站基于该系数进行优化下垂控制;设计了通信故障时基于概率分布抽样叠加的负荷潮流分布算法,得到基于时间尺度的各台区随机因子控制目标值。针对补偿随机因子控制产生的有功偏差,基于下垂特性曲线得到随机因子控制的补偿控制目标值,从而实现潮流的动态平衡控制。最后,在PSCAD中建立了基于所提控制策略的三端直流配电网模型,仿真结果表明该控制策略可实现有/无通信下直流配电网的优化调度及动态平衡。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

基于电力电子变压器的交直流混合配电网日前经济运行策略研究

多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路,实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济。提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略。首先基于交直流混合配电网典型拓扑,分析含PET交直流配网的灵活调控能力;然后根据PET运行过程中的物理约束,分析多端口PET各端口功率流动关系,建立混合配网中PET的能量流动模型;最后以交直流混合配网运行成本最低为目标函数,以系统功率平衡、潮流越限和设备运行上下限的约束为约束条件,建立交直流混合配电网日前经济运行模型,提出了基于CPLEX求解器的模型求解方法。以我国某地区交直流混合配电网示范工程为例,建立了该示范工程的混合配网日前经济运行模型,并进行了求解。算例结果表明,所提运行策略可以有效地降低系统运行成本,提高可再生能源消纳水平。     

基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型

为适应未来配电网可能出现的交直流混合拓扑形态,提出了基于二阶锥规划的交直流主动配电网多时段日前优化调度模型。该模型以购电费用和弃光弃风惩罚费用之和最小作为目标函数,通过分布式电源有功和无功调节、容抗器投切、储能充放电功率调节、电压源换流器无功调节及配电网动态重构等多种主动管理措施实现主动配电网有功功率-无功功率联合优化,消除潮流及电压越限,解决高比例分布式电源接入交直流主动配电网后的日前优化调度问题。50节点算例的分析验证了所提模型的正确性。     

基于一致性算法的直流微电网储能系统功率分配技术

以直流微电网中的分布式储能系统为研究对象,分析了储能单元间存在的功能、参数和信息的不对称性,并提出了混合储能单元多工作模式下最大输出功率及等效荷电状态(SOC)的评估方法。在此基础上,提出了一种基于离散一致性算法的分布式储能系统负荷功率分配分层控制策略:在下层,以储能单元多模式参数评估为依据,使用动态下垂控制对各储能单元输出功率进行一次分配;在上层,以减小分布式储能系统等效SOC差异为目标,利用相邻单元之间的的弱通信,使用离散一致性算法产生电流修正量,直接调节下垂控制电流参考值,动态调整处于不对称工作状态的各混合储能单元的输出功率。最后,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,对所提控制策略进行了仿真验证。     

计及效率特性的电-氢混合储能直流微网经济下垂控制策略

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构建了计及效率特性的电-氢混合储能直流微电网系统成本函数。再结合电-氢混合储能系统的互补工作模式,驱动各系统基于成本分散地实施电-氢混合储能系统的运行方案,进而提高直流微电网的自治经济性能。最后,通过RT-LAB实验平台开展实时仿真。结果表明：所提控制策略相较于传统经济下垂控制,能够实现燃料电池和电解槽高效率区间的稳定运行,验证了效率特性对经济运行的必要性;在一天的运行实验下,其运行成本相较于传统经济下垂控制降低了10.38%,验证了所提出策略的经济性。     

参与电网调频的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制策略

针对连接大型海上风电场的多端柔性直流(VSC-MTDC)输电系统,推导了传统直流电压下垂控制的功率分配机理,并分析了该控制策略对受端电网频率可能产生的不利影响。利用VSCMTDC系统的直流电容储能,将受端电网频率和VSC-MTDC系统直流电压耦合,提出了可参与交流电网频率调整的自适应下垂控制方法。该方法根据交流系统的频率偏差,实时调整直流电压下垂系数,使各换流站在无需站间通信的前提下,快速调整各自的输出功率,保证交流系统频率稳定在合理范围内。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建了五端VSC-MTDC系统,通过3个算例验证了所提方法的有效性。     

基于OPF的MMC-MTDC自适应下垂控制策略

传统下垂控制无法解决模块化多电平换流器多端直流MMC-MTDC(modular multilevel converter multiterminal DC)输电系统中换流站功率裕度和系统功率协调分配的问题,为此提出一种最优潮流下自适应下垂控制策略。首先根据电压变化方向与实时裕度设计MMC自适应下垂控制器;然后分析传统下垂控制无法解决MTDC中直流线路阻抗产生电压偏差的缺陷,针对影响直流网络潮流的因素,构建约束条件以及目标函数求解潮流优化分配下垂系数;最后通过直流电压差值实时计算权衡系数来分配两种下垂曲线所占比例。在PSCAD/EMTDC中建立5端MTDC模型,分别在稳态与暂态工况下对比两种控制方式,结果表明该控制策略可以避免换流站满载、减少线路损耗实现系统功率优化分配。