微电网系统无缝切换策略研究与仿真

微电网是由多种类型分布式电源和负荷构成的整体,具有运行灵活、管理方便、能量利用率高等特点,是智能配电网发展的关键环节之一。与传统配电网不同,微电网存在两种典型运行方式,即并网运行和孤岛运行;两种运行模式之间的自动、无缝切换在微网控制系统中占有重要地位。本文以微电网主从控制为基础,并网运行时分布式电源采用PQ控制方式,孤岛运行时主分布式电源采用v/f控制方式,而其他分布式电源保持PQ控制方式不变。研究微电网在并网运行与孤岛运行两种方式间切换的控制策略;通过调整公共连接点处输出电压的相角和幅值实现孤岛到并网的无缝切换,通过调整公共连接点处输出电压初相角为切换时刻电网电压相位实现并网到孤岛的无缝切换。并利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证无缝切换控制策略的有效性。     

模式转换下分布式电源接入微电网的控制策略研究及仿真

分布式电源的建模及微电网的控制策略是当前的研究热点,针对模式转换下分布式电源接入微电网控制策略选择的研究较少。孤岛和并网模式下应选择不同的控制策略,同时在一个微电网中加入多种分布式电源的控制复杂,难度比单一分布式电源接入要大。文章分析了微电网的特殊性,进行了不同的控制模式的比较。孤网时选择主从控制模式作为微电网的控制策略可以适应微电网不同运行方式的需要;并网时分布式电源可采用PQ控制。根据在并网模式下的运行特点提出各个分布式电源的PQ控制策略,建立了含光伏电池、风力发电机、微型燃气轮机的微电网模型。仿真分析了孤岛运行下和日照环境改变时微电网的并网运行特性,结果证明了控制方式的恰当选择能使微电网在不同运行模式下对于大电网可控且动态性能优良,并网时不会对大电网产生大的冲击。     

低压微电网平滑切换控制策略研究

为了避免微电网并网与孤岛运行模式控制策略的切换,实现微电网并网模式和孤岛模式之间的平滑切换,研究在低压微电网下垂特性的基础上,提出了一种采用外环功率控制和内环电压电流双环控制的三环控制策略,实现并网时基于下垂控制的间接恒功率控制,孤岛时分布式电源自动调节功率输出,并设计了微电网同步并网控制器,有效地减少了微电网过渡过程产生的冲击。仿真结果表明,所提微电网逆变器控制策略运行稳定,运行模式之间能平滑切换。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

基于DIgSILENT软件的微电网平滑切换的研究

实现微电网并网/孤岛运行模式平滑切换是保证微电网安全可靠运行的前提。介绍了微电网分布式电源逆变器的P/Q和Vlf两种控制方式,并在DIgSILENT仿真软件中对由P/Q控制型分布式电源和V/f控制型分布式电源组成的微电网进行了并网转孤岛模式的仿真研究,实现了微电网平滑切换运行,维持了系统的电压和频率的稳定。     

基于复合储能的微电网运行方式切换控制策略

微电网是高效规模利用分布式电源的重要途径之一.针对微电网并网运行与孤岛运行方式之间的切换,提出一种含复合储能装置的微电网优化控制策略.在分析蓄电池及超级电容器特点的基础上,将功率密度高的超级电容器和能量密度大的蓄电池组成复合储能装置,用于由分布式电源组成的微电网作为主控电源,以实现微电网的平滑切换为目标.通过在线监测配电网侧与微电网侧电压、频率与相角差的变化,建立了含复合储能的微电网模型,采用多层次控制策略,实现微电网运行方式的自动无缝切换.利用PSCAD/EMTDC软件对系统进行了仿真研究,结果表明:在切换时间、频率、电压与相角差上,复合储能均小于蓄电池储能,所提优化切换控制策略及复合储能系统是有效和可行的.     

基于下垂策略的微电网双模式运行控制

微电网孤岛和并网模式切换时,为了减小对大电网和微电网造成的冲击,提出同步并网控制方法。在采用P-f和Q-V下垂控制策略的基础上,设计了同步并网控制流程。根据电网和微电网输出的电压进行同步调节,使得两者的电压幅值差、频率差和相角差满足并网要求,以实现微电网在孤岛和并网两者模式之间的平滑切换。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中建立微电网运行控制模型。仿真结果表明,所提出的方法实现了微电网在两种模式之间的平滑切换和在双模式下的稳态运行。     

微网运行模式的平滑切换控制方法研究

微电网存在两种运行模式,即并网运行模式和孤岛运行模式,两种运行模式的平滑切换是微电网安全稳定运行的重要保障。文中主要从两个方面考虑微电网运行模式的平滑切换,一方面是系统级微电网整体控制策略,采用主从控制和对等控制相结合的综合控制方法,另一方面是局部微电源控制策略,提出一种下垂系数随微网频率和电压动态变化的改进下垂控制,同时为实现微电网孤岛运行模式向并网运行模式的平滑切换设计了预同步控制器。最后通过MATLAB仿真表明,该方法不仅可以实现切换过程中电压和频率的稳定,而且还能减少微电源控制方式的切换次数,在一定程度上减小了控制方式切换失败的可能性,从而提高了微电网运行的可靠性。     

一种适用于微电网状态无缝切换的混合控制策略

针对传统微电源逆变器控制算法需要在微电网并网和孤岛运行时切换的弊端,提出一种适用于微电网无缝切换的混合控制策略。该混合控制策略算法可以同时支持并网和孤岛运行状态,消除了在微电网状态切换时由于软件进行切换所带来的冲击。该算法在并网阶段微电源逆变器具有有源滤波器功能,消除非线性负载对电网带来的谐波电流;其电压环采用比例谐振控制器有效消除孤岛时微电源逆变器输出的电压静差。仿真结果验证了控制策略的正确性。     

微电网并网和孤岛运行的二级控制策略研究

由于低压微电网并网和孤岛运行受线路阻抗比值较大等因素的影响,采用传统下垂控制的方法,将不能满足低压微电网控制的需求,且孤岛微电网的频率和电压与主电网不同,并网前需进行同步控制。在分析逆变器功率分配的基础上,提出了分层控制方法;同时,根据微电网可以并网和孤岛运行的特性,分层控制包含2个层次。其中,二级控制(Secondary control)通过重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使得微电网公共连接点处电压和频率的偏差在一定范围内。为了验证二级控制策略能使微电网可靠运行,通过Matlab/Simulink仿真,对微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律进行了分析。仿真结果表明微电源的二级控制策略的性能优良。     

Power quality enhancement in autonomous microgrid operation using Particle Swarm Optimization

This paper presents an optimal power control strategy for an autonomous microgrid operation based on a real-time self-tuning method. The purpose of this work is to improve the quality of power supply of the microgrid where some Distributed Generation (DG) units are connected to the grid. Voltage and frequency regulation, and power sharing are the main performance parameters which are considered in this work, particularly during the transition from grid-connected to islanding operation mode and also during load change. In this work, two typical DG units are connected in parallel to configure the microgrid. The controller scheme is composed of an inner current control loop and an outer power control loop based on a synchronous reference frame and the conventional PI regulators. The power controller employs two typical strategies: active–reactive power (PQ) control strategy and voltage–frequency (Vf) control strategy. Particle Swarm Optimization (PSO) is an intelligent searching algorithm that is applied for real-time self-tuning of the power control parameters. The proposed strategy in this paper is that both DG units adopt the Vf control mode once the microgrid is islanded in order to regulate the microgrid voltage and frequency, whereas during the load change, only the second DG unit invokes the PQ control mode to ensure maximum power exportation. The results show that the proposed controller offers an excellent response to satisfy the power quality requirements and proves the validity of the proposed strategy.     

交直流微网PCC无缝切换控制策略研究

微网有两种典型运行模式,即并网运行模式和孤岛运行模式,当两种模式间需要切换时,为满足负载的不间断供电及较高的供电质量,微网与电网的公共连接点(PCC)是否能达到无缝切换已成为衡量微网系统控制策略优劣的主要指标。针对采用主从控制组网策略的交直流混合母线微网,通过深入分析微网的两种典型运行模式间进行无缝切换所需满足的条件,提出基于调频调相的PCC无缝切换控制策略。实验结果验证了所提出无缝切换策略的准确性、快速性和可靠性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。     

基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换控制策略

对于采用对等控制策略的微网系统,如何实现孤岛/并网运行模式间的无缝切换是一项亟待克服的技术难点。文中首先介绍微网系统的基本结构与工作模式,针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出一种满足微网孤岛/并网切换的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。其次,为了适应微网的并网运行特性,提出一种基于控制器状态跟随的并行切换方法,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ/VSG控制模式间的无缝切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,共同验证了所提控制策略和并行切换方法的有效性。     

基于下垂特性的分布式发电系统的设计

分布式发电微网系统,既可以与配电网联网运行,也可以与配电网断开孤岛运行,在运行模式切换的过程中,分布式电源的并网控制策略起着关键性的作用。基于传统的电压频率下垂特性理论,结合有功和无功功率解耦控制技术,提出了一种新型的分布式电源的控制策略。在微网系统联网运行模式下控制分布式电源输出指定的有功和无功功率,在孤岛运行模式下为微网系统提供电压和频率的支撑。结合相关算例,详细分析了分布式电源的动态特性。仿真结果验证:控制策略正确、有效,能保证系统的电压偏差约为+8%,频率偏差约为±0.25 Hz。为微网系统中分布式电源的应用提供了理论基础。     

基于改进线性二次调节器的微电网运行模式无缝切换控制策略

微电网的主要特点之一是能够在并网模式和孤岛模式下运行,进行微电网运行模式之间的切换可能导致电压和频率的显著波动,严重时会威胁到整个系统的稳定性。无缝切换控制策略是保证微电网稳定可靠运行的关键,为解决传统无缝切换控制策略易受干扰影响和动态稳定性差的问题,提出了一种基于改进线性二次调节器的微电网运行模式无缝切换控制策略,该策略包括并网-孤岛平滑调节器和孤岛-并网平滑调节器。并网-孤岛平滑调节器通过对传统电压控制环的改进,可以为系统提供更多的阻尼并补偿逆变器输出处的瞬态电压降,从而改善系统动态性能。同时,通过对传统下垂控制策略的改进,可以根据系统有功功率的变化来调整其下垂系数,在受干扰的情况下能够将频率偏差降低到期望的水平。孤岛-并网平滑调节器考虑内部控制回路和PLL动态的情况下,根据并网控制策略下的状态空间模型对传统电流控制回路进行了改进,可以保证PCC两侧电压的同步性和微电网频率的稳定性。最后,对所提出的控制策略进行了小信号分析,同时研究了孤岛检测算法对控制策略的潜在影响,突出了所提策略的鲁棒性,并验证了所提控制策略能够平滑稳定地实现微电网运行模式间的切换。     

基于多重逆变器复杂控制策略的微电网运行控制

针对传统的基于单个主控电源的主从控制和下垂控制存在的缺陷,本文借鉴传统电网的调频特性,提出了一种多重逆变器DroopV/fP/Q复杂控制策略用于微电网的运行控制,可充分利用负荷的频率特性,最大程度的避免微电网离并网转换时电源控制模式的切换,较好地实现离并网的平滑切换,有效地提高了微电网孤岛运行的可靠性。利用PSCAD/EMTDC软件搭建的微电网仿真模型验证了所提出的控制策略的正确性和可行性,为微电网的平滑切换和可靠运行提供了新的解决思路。     

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.     

光伏DG接入配电网及微电网的过电压自动调节方法研究

针对光伏DG接入配电网因过电压而导致渗透率低的问题、微电网离网运行期间过电压问题,以及微电网在非计划孤岛状态下并网转离网暂态过电压问题,提出一种P/U下垂调节方法。当光伏DG接入配电网,该方法能避免光伏DG因过电压而退出运行。当光伏DG接入离网运行微电网,因负荷减少、DG出力增加等因素而导致过电压时,该方法可以实现无通信互连线的稳态离网能量平衡。当含光伏DG的微电网在并网转离网期间,该方法能够解决暂态过电压问题。首先推导电压偏差公式并分析过电压产生机理。其次介绍P-U下垂调节方法原理。最后为验证方法可行性,以光伏DG接入配电网为算例分析对象,搭建Matlab/Simulink仿真模型,并在逆变器样机上进行试验验证。结果表明P-U下垂调节方法可行有效。