基于预测方法的直流微网混合储能虚拟惯性控制

为增强直流微网扰动抑制能力,使直流侧电压在系统扰动时呈现惯性响应特性,提出了一种基于变流器预测控制的直流微网混合储能系统虚拟惯性控制策略。该方法采用微网储能系统变流器作为虚拟惯性控制单元,增加直流电压变化作为控制输入变量,增强了其暂态运行稳定性。此外,为提高直流微网本地控制速度,以配合储能系统的快速惯性调节,避免因控制延时造成的滞后控制现象,提出了基于模型预测方法的储能变流器本地控制方法,并采用由蓄电池和超级电容组成的混合储能系统,以弥补蓄电池充放电速率较慢的缺点。基于Matlab建立了风电直流微网系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

直流微网中直驱风机的类虚拟同步发电机惯性控制策略

含分布式能源的直流微网惯性低、母线电压易受负荷功率波动影响，而风电机组的转子中蕴含着大量动能，可改变风机侧变流器的控制策略，使发电机转子释放或储存动能，为直流电压提供惯性支撑。首先，通过类比交流电网中的虚拟同步发电机控制，提出了一种适用于直流微网中风电机组的类虚拟同步发电机惯性控制策略。其次，引入与转子旋转动能、变流器可调容量相关的惯性支撑系数，定量评估了不同运行工况下风电机组的惯性支撑能力，以此选择合适的虚拟惯性系数。然后，建立了小信号模型，对所提控制策略进行理论分析，针对初始阶段产生的电压突变，采用前馈补偿进行了修正。研究结果表明，类虚拟同步发电机控制能利用风机的转子动能为系统提供惯性支撑，使直流电压具有更好的动态特性。最后，通过RT-LAB实时仿真平台仿真验证了所提控制策略的有效性。     

光储直流配电网灵活虚拟惯性控制策略

针对光伏渗透率不断提高而带来的直流配电网惯性低的问题,考虑直流配电网储能设备的潜在惯性支持能力,提出光储直流配电网灵活虚拟惯性控制策略.分析了在直流配电网电压动态变化过程中蓄电池储能与电压变化量之间的关系,并通过建立蓄电池荷电状态与直流电压的函数表达式,进一步提出了在直流电压变化时引入双曲正切函数来灵活快速调节蓄电池换流器的控制策略,从而增加系统惯性,提高电能质量.另外,还考虑了蓄电池的充放电极限问题,通过引入反正切函数来限制其过度充放电.最后,对采用灵活虚拟惯性控制策略的直流配电网进行小信号稳定性分析,得到了所提控制策略中关键参数的取值范围.基于MATLAB/Simulink搭建了四端直流配电网仿真系统,验证了在系统功率不平衡后,所提控制策略能利用虚拟惯性控制有效地抑制直流电压波动,从而提高电压质量和暂态稳定性.     

基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略

针对直流微网惯性低,母线电压易受功率波动影响的问题,文中提出了一种直流微网类虚拟同步发电机控制策略并将其应用到双向DC-DC变换器中,提高了直流微网的惯性,抑制了直流母线的电压波动。首先,通过类比交流微网中的虚拟同步发电机控制,得到了适用于直流微网中的类虚拟同步发电机控制。其次,通过建立小信号模型,对所提控制策略进行了理论分析,并针对电压动态变化过程中初始阶段的大扰动,采用前馈补偿进行了修正。然后,分析了加入虚拟惯性后控制参数对稳定性的影响。最后,通过MATLAB/Simulink仿真分析验证了所提理论分析和控制策略的有效性。     

双有源全桥DC-DC变换器的自适应虚拟直流电机控制方法

针对直流电网中微源功率突变、负荷投切、大电网扰动等造成的直流电压暂降问题,在分析了直流电机并网后动态调压特性的基础上,提出一种适用于直流电网的自适应虚拟直流电机控制方法(adaptive virtual DC machine control strategy, AVDCM),并将其应用于储能端的双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器接口。该控制使换流器模拟出直流电机的惯性特性,在电压暂降瞬间提供良好的动态功率支持;在控制环节中加入了模糊逻辑控制器,通过检测直流母线电压的变化率与换流器的剩余容量,灵活调节惯性支持的响应速度和大小。基于建立的四端系统小信号模型,进行了灵敏度计算与根轨迹分析,以揭示主要控制参数对系统稳定性及动态性能的影响。硬件在环测试结果表明:所提控制方法在保持换流器良好功率跟踪性能的同时,可使变换器在阶跃与随机性功率波动下提供灵活可调的惯性支持,从而有效减缓系统受到的瞬时功率冲击,减少电压暂降幅度,进而提升电压质量。论文研究可为双有源全桥DC-DC变换器自适应虚拟直流电机的控制提供参考。     

直流配电网中旋转电机的可控惯性控制策略

分析直流配电网电压动态变化过程中电容器储能与旋转电机机械动能之间的能量转换关系,阐述基于虚拟电容的直流电压惯性的定义,提出适用于直流配电网中旋转电机改善电压惯性的控制策略。该控制策略通过引入电压波动信号,分别修正同步电机侧变流器的电流控制以及变速风电机组的功率曲线系数,将2种发电机组的转速与配电网直流电压相互耦合,使2种发电机组均可在系统电压变化过程中释放或吸收旋转动能,并通过模拟电容器充放电过程中的能量变化,为直流电压提供惯性支持。通过建立6端直流配电网仿真系统,验证所提控制策略在系统功率不平衡后,能利用同步发电机和风电机组提供的电压惯性支持,有效地抑制直流电压波动,从而提高系统暂态稳定性。     

一种直流微电网的灵活虚拟惯性控制策略

摘 要：直流微电网的小惯性特点导致的负荷突变、新能源出力波动以及系统故障等扰动都会对系统直流电压的稳定造成严重影响。而交流系统中的虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）控制能够使换流器为系统提供惯性支持,以减小交流系统频率的波动。因此基于VSG控制,根据交、直流系统间各变量的类比和对应关系,文章提出了一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性（flexible virtual inertia,FVI）控制策略,为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持,以减弱电压波动,改善电能质量。最后通过六端直流微网的实时仿真实验系统验证了所提控制策略的有效性。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

虚拟直流发电机控制下SOC均衡功率分配策略

直流微网无需考虑频率、无功等因素,有利于新能源的接入,但接入大量电力电子变换器的直流微网惯性较低,严重时会影响微网稳定运行。为增大系统惯性,目前针对储能侧双向DC/DC变换器虚拟直流发电机控制策略研究较多,但对于多台并联运行虚拟直流发电机之间功率分配问题研究甚少。为了解决蓄电池间因功率分配不合理导致初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电等问题,提出了一种以蓄电池荷电状态作为变量,适用于多台容量不同虚拟直流发电机的荷电状态均衡功率分配策略。构建了多电源光储直流微网,建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了系统的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明:所提功率分配方法可以实现蓄电池间的荷电状态均衡,避免初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电的问题。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术EI北大核心CSCD

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析

直流微电网是小惯性系统,负荷突变和新能源出力波动等因素都会影响直流母线电压的稳定,针对此问题,首先类比交流系统中的虚拟同步发电机(VSG)技术,根据交、直流系统间各变量的对应关系,提出一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性(FVI)控制策略,为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持,以提高系统的电压稳定性;其次,构建基于FVI控制的六端直流微网小信号模型,并通过灵敏度计算及根轨迹分析揭示了主要控制参数变化对系统虚拟惯性及直流电压稳定性的影响规律,为参数的选择提供了依据;最后,通过实时仿真证明所提控制方法的优越性及理论分析的正确性。     

风电直流微网的电压分层协调控制

对于以新能源发电为主的微网系统,直流微网以其显著优势成为微网技术新的研究方向。该文以风电直流微网为例,在分析直流微网的构成以及各种运行模式的基础上,提出电压分层协调控制策略。该控制策略通过检测直流电压的变化量来协调各电力电子变流器的工作方式,从而确保在不同工况下都能保持微网内的有功功率平衡。各变流器独立工作,无需相互通信,可简化控制系统结构,并使直流微网具备"即插即用"功能。通过对含永磁风电机组、储能蓄电池的直流微网的仿真分析,验证所提控制策略对直流微网的有效控制。在风速或负荷变化、电网故障、蓄电池达到容量限定值等各种工作状态下,各端变流器都能根据直流电压变化量做出快速响应,从而提高了系统的稳定性和供电质量。     

考虑SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。     

直流微电网中风电机组的双向扩展惯性控制方法

新能源直流微电网惯性响应能力弱、系统稳定性较差,传统惯性控制策略无法针对不同工况灵活调整惯性强弱,为此该文提出了双向扩展惯性控制方法。首先建立含风电的直流微电网结构模型,分析了系统惯性和风电机组惯性的关系。在此基础上,提出了直流微电网中风电机组的双向扩展惯性控制方法,该方法利用指数函数的极速增长性,快速调节机组的功率跟踪曲线比例系数,大幅扩展风电机组的惯性,同时在直流电压突变初期,通过正向扩展惯性控制,增加系统惯性阻止其变化,在直流电压恢复初期,通过负向扩展惯性控制,减小系统惯性促进其稳定,实现了惯性双向灵活调节,有效提高系统稳定能力。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了直流微网模型,验证所提控制方法的有效性。     

带蓄电池SOC反馈的虚拟同步发电机系统

为了更好地模拟同步发电机的惯性环节并发挥不同储能单元的优势,对带有蓄电池和超级电容组成的混合储能单元的虚拟同步发电机系统进行研究,详细分析了系统的数学模型和控制策略,考虑储能元件自身的特点以及蓄电池的使用寿命,提出了含蓄电池荷电状态(state of charge,SOC)反馈的虚拟同步发电机系统控制策略。通过搭建相应的MATLAB/SIMULINK仿真模型,分析蓄电池在正常充电状态与SOC达到上限时储能的功率分配情况,验证所提出的控制策略的正确性和有效性。结果表明,所提出的带蓄电池SOC反馈控制的虚拟同步发电机系统,可在功率波动时实现功率合理分配,在维持系统的稳定性的同时延长储能的使用寿命。     

新型虚拟同步发电机控制方法及其暂态过程自适应控制策略

针对分布式电源并网存在波动性的问题,提出了一种新型虚拟同步发电机控制方法及其相应的暂态过程自适应控制策略。该虚拟同步发电机控制方法利用状态反馈解耦和输入前馈的方法改进了逆变器矢量控制结构;根据转子机械运动方程建立有功控制环,并在原有直流功率中加入直流电压调节分量实现稳定直流电压的控制。该方法整体具有明显的二阶系统特性,并且其控制参数与其自身时域特性形成了简洁而明确的关系。而其暂态过程自适应控制策略通过综合考虑电网的频率偏移和分布式电源的功率波动,自适应配置虚拟同步机的相应参数,改变暂态过程的动态特性,以调节并网系统等效惯性。仿真结果证明了该方法及其理论分析的有效性和正确性。     

孤岛交直流混合微电网功率互助策略

交直流混合微电网可以通过交、直流子微网之间的互助互济来有效协调混合微网系统功率的分配,并提高系统平抑功率波动的能力。为实现交、直流子微网之间合理互助互济,提出了一种孤岛交直流混合微电网功率互助策略。首先,为了避免互联变流器频繁动作带来功率损耗,提出了分层控制策略,该策略将系统运行模式分为功率自治模式与功率互助模式,并对运行模式的切换条件进行了合理设计;其次,提出了基于子微网自身条件以及蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)的功率互助目标,并设计了基于交流频率和直流电压反馈的功率协同控制算法以实现功率互助目标。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果表明,利用所提互助策略,交、直流子微网能够根据自身条件承担系统功率波动并维持蓄电池处于合理的荷电状态。     

永磁同步风力发电机的VSG参数自适应控制

在永磁同步风力发电系统中,为了克服网侧变流器采用虚拟同步发电机(VSG)控制策略时,由于虚拟转动惯量和虚拟阻尼系数恒定导致频率不能灵活控制这一缺点,将自适应控制应用到网侧变流器的VSG控制策略中.首先介绍永磁同步风力发电系统总体的控制策略,建立网侧变流器VSG控制模型;在此基础上分析风速和负载的变化对系统功率和频率的影响,根据系统频率的变化实时调节算法中的参数,使参数可以在线修正.最后,通过仿真和实验证明所设计的控制策略能够减小系统频率在振荡过程中的变化幅度,并提高频率动态调节性能.     

基于变下垂系数的直流配电网自适应虚拟惯性控制

直流配电网采用电压下垂控制具有较好的稳定性,但对高频随机功率波动的调节能力较差。文中研究了适用于直流配电网电压下垂控制的虚拟惯性控制方法,以兼顾调压器的快速性和稳定性,改善直流配电网电压质量。所述控制策略在功率波动瞬间通过调压器下垂特性曲线的摆动,快速释放或吸收能量,相当于在直流侧虚拟出比实际电容大得多的虚拟电容,提高了系统惯性,有效抑制了直流电压波动。同时,理论分析了在不同运行情况下该控制策略所能提供的具体的虚拟惯性裕度,在此范围内根据电压大小自适应地调节下垂系数,提供大小可变的惯性支持,从而使系统获得最佳动态响应。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了四端风储直流配电网系统并进行仿真验证,结果表明所述控制策略能够起到改善系统暂态响应、提高直流母线电压质量,以及平滑与交流主网交换功率的作用。