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。     

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。     

低压微电网逆变器频率电压协调控制

近年来,分布式发电(Distributed Generation,DG)技术发展迅猛,DG结合本地负载、储能设备等可构成微电网,微电网能够在并网模式与孤岛模式下运行。并网时,DG输出给定的功率,实现能量管理;孤岛运行时,要求DG维持微电网电压和频率稳定。因而微网中逆变器的控制尤为重要。由于传输线阻抗特性不同,本文在低压系统中应采用PV下垂控制,PV下垂控制能够实现孤岛运行时不同DG均分负载,但它是有差调节,电压和频率会存在较大的偏差。本文提出一种改进的PV下垂控制(NPV):加入电压和频率偏差的前馈调节,可实现电压和频率的二次调节。以微电网脱网运行的稳态以及暂态情况分析为例,通过PSCAD仿真以及实验,验证了NPV不但可以实现并网时的能量管理而且还实现了孤岛运行过程中电压和频率的二次调节。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

一种微电网并/离网运行模式统一控制策略

微电网在并网和孤岛两种运行模式切换过程中,需要改变控制结构,容易造成电压和电流突变,影响系统稳定运行。为此,提出了一种微电网并/离网统一控制策略,将分布式电源(distributed generator,DG)控制为电流控制电压源(current controlled voltage source,CCVS),同时适用于并网、孤岛两种模式,模式切换过程中无需孤岛检测和控制策略切换,能较好地解决微电网无缝切换问题,并且保证并网时DG恒功率输出,孤岛运行时频率、电压稳定,负荷功率均分。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

基于主从控制的微电网平滑切换控制策略研究

微电网在并网与孤岛运行模式下控制策略和控制结构存在差异,当微电网切换时,由于两种模式下控制器的状态不匹配,控制器的输出会发生跳变,产生较大的暂态震荡。因此针对主从控制结构的微电网在并网模式与孤岛模式两种模式下的控制和相互切换,提出了一种将PQ控制和基于改进下垂的V/f控制相结合,通过下垂系数自适应调节和控制器输出状态同步控制,实现微电网平滑切换的综合控制策略。在Matlab/Simulink中建立微电网模型进行仿真分析,仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性,实现了微电网的平滑切换,有效降低了系统切换过程中产生的暂态震荡。     

基于下垂控制的双模式逆变器一体化控制策略

微电网具备并网与孤岛2种运行模式,2种模式存在较大区别,传统设计在运行模式切换时,需要进行控制策略转换。切换过程易产生较大的电压电流冲击,且在三相并网系统中尤其突出,严重影响了系统稳定运行。为简化运行策略,保证系统有效控制,深入研究了基于下垂控制的双模式逆变器一体化控制策略。为解决孤岛运行时并联逆变器无法精确分担负载无功功率的问题,提出了基于电压幅值变化率的下垂控制方法,该方法在并网和孤岛模式及模式切换状态下均可实现系统有功和无功功率的有效控制。仿真和实验验证了方法的可行性。     

含多种分布式电源的微电网控制策略

针对微电网的并网与孤岛运行方式以及2种运行方式之间的转换,提出了一种含多种分布式电源的微电网控制策略。该控制策略中微电网中心控制器连续监测微电网和大电网的运行状态并对微电网进行统一的协调控制:对于并网运行的微电网,当检测到孤岛状态时立即切换到孤岛运行控制方式;对于孤岛运行的微电网,通过选择主调频电源实现微电网频率的无差调节,避免了下垂控制产生的频率偏差;微电网重新并网时,通过采用电压灵敏度分析方法调节并网接口处的电压幅值并监视与大电网的电压相位差,实现微电网运行方式的平稳切换。采用PSCAD/EMTDC软件对含多种分布式电源的微电网进行仿真分析。仿真结果表明,提出的控制策略能够维持微电网的稳定运行,并能实现微电网并网与孤岛运行方式的平稳过渡。     

自适应调节下垂系数的微电网控制策略

针对采用传统下垂控制的分布式电源在孤岛运行时受负荷变化影响使其频率偏离额定值或电压幅值偏移较大,在并网运行时因配电网受到干扰后电压或频率出现波动致使输出功率不能保持恒定的缺陷,设计了一种能实现孤岛频率无静差、孤岛电压幅值小偏移量和并网恒功率输出的自适应调节下垂系数的控制器。同时,基于该下垂控制器的特点,提出了一种改进的微电网综合控制策略,即多重主从控制策略,以克服基于V/f的主从微电网系统控制和基于V/f的多主微电网系统控制中存在的不足。通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了控制器和多重主从控制策略的有效性和可行性。     

电动汽车群自组织协调下垂调频控制方法

在规模化电动汽车接入电网背景下,协调控制电动汽车群的充放电功率,可使之成为对电网有益的储能调频工具。文中从剩余电量的角度研究了电动汽车集群的自组织分类方法,设计了一个自组织神经网络,将电动汽车群根据电量划分为几个在数学空间上相近的类。以聚类结果为基础,根据不同类中电动汽车的电量水平,提出一种自适应调节下垂系数的电动汽车充放电控制终端变参数下垂调频控制方法。仿真结果表明,应用文中提出的控制方法,规模化接入电网的不同电量水平的电动汽车将自组织地按各自容量比例分担电网峰值负荷、消纳电网富余电能,满足电网调频需求。     

考虑荷电状态约束的储能参与电网一次调频综合控制策略

电池储能具有响应速度快、控制精度高、容量配置灵活的优点,近年来在电网调频中得到广泛关注。但传统控制方式易造成电池过充或过放,给电网运行及电池使用带来负面影响。针对该问题,提出一种考虑荷电状态 (state of charge,SOC)约束的储能参与电网一次调频综合控制策略。首先,构建储能电池参与电网一次调频的自动发电控制(automatic generation control, AGC)模型,提出根据电池SOC约束进行储能容量配置的方案。其次,通过对储能虚拟惯性控制及虚拟下垂控制的特征分析,根据电网频率偏差动态变化进行分配比例系数的设计,实现2种方式参与度的平滑改变。再次,以适应于电池SOC状态的参数自适应调节为目标,进行储能充放电控制系数的调整,以改善调频性能及电池SOC的变化特征。最后,通过多种方法的仿真对比,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于灵敏度分析的改进微电网下垂控制方法

传统下垂控制方法应用于微电网中存在电压和频率波动较大的问题,对此提出了一种基于灵敏度分析的改进下垂控制方法。由于微电网线路阻抗较大,基于灵敏度分析,在下垂控制中加入虚拟阻抗,调节了线路阻感比;并对下垂控制器进行改进使其具有更好的控制精度。将微电网的电压频率的误差与误差变化率作为模糊控制的输入量,运用模糊推理方法在线整定具有PI结构的下垂系数,从而控制电压与频率的输出。通过对微电网切换运行模式以及孤岛模式下切负荷这两种情况下的运行特性进行仿真分析,应用该方法不仅能平稳抑制电压幅值和频率的波动,还能在微电网切负荷之后合理分配各分布式电源(Distributed Generation,DG)的功率。仿真结果证明了该控制方法的可行性和有效性。     

微电网变流器无主从并联控制的研究

研究了变流器在微电网中无主从并联运行的输出特性、并/离网之间的切换过程中功率的跟随以及离网状态下的稳定运行等问题,设计出以DSP28335为硬件核心,改进式的下垂控制为控制策略的变流器控制器。通过试验验证,2台并联DG变流器在并/离网切换时根据下垂特性曲线调节输出电压的幅值和频率,且严格按照各自的下垂特性曲线合理分担负载功率。带下垂控制的电压源型变流器和传统电流源型并网变流器在并/离网条件下可稳定并联运行,且基于P-f、Q-U下垂特性设计的电压源型变流器可以实现稳态条件下的输出功率限幅功能。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

多储能直流微电网的分布式控制

下垂控制在直流微网中的应用越来越广泛。但是下垂特性以及直流母线电阻的存在,使得节点电压偏离额定值且影响系统的负荷分配。为充分发挥直流微电网中储能系统的作用,本文提出了多储能系统直流微电网的分布式控制策略。该控制策略在传统V-I下垂控制策略的基础上加入了平均电压控制环节和功率协调控制环节。两环节通过一致性算法仅仅需要交换相邻两节点的信息,构建一个稀疏的信息交流网络,就能补偿下垂控制造成的电压偏移,且负荷能够按照不同储能系统的荷电状态来分配。针对上述所提的控制策略,本文首先对含两储能系统的直流微电网进行了小干扰稳定性分析。然后在MATLAB/SIMULINK中搭建了含三储能系统的直流微电网模型,通过时域仿真验证了所提控制策略的有效性。     

微电网中分布式发电的荷电状态控制策略

微电网中分布式发电(DG)需要搭配储能模块满足持续的供电需求,如何对储能模块的SOC进行控制就非常重要。在传统下垂控制的基础上,增加了基于比例积分(PI)调节器的荷电状态(SOC)控制环节,并在建立小信号模型的基础上,通过极点配置的方式设计了调节器参数,使得系统具有良好的动态性能,最后通过仿真验证了控制策略的正确性和可行性。     

电动汽车入网一次调频控制策略研究

针对电动汽车维持电池能量和补给能量2种行为,分别提出了电动汽车入网一次调频控制策略,即维持电池能量调频控制和电池计划充电调频控制。用椭圆函数构建电视荷电状态与充/放电下垂之间的函数关系,实现维持电池能量和频率下垂控制。根据用户充电需求和电池荷电状态,实时修正计划充电功率,满足用户充电需求。最后,在2区域互联电网模型上进行仿真实验,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

直流微网中基于SOC的改进下垂控制

并网直流微源的有效管理和控制是保证直流微网稳定运行的关键。下垂控制是直流微网中常用的管理和控制直流微源的一种方法,能够有效实现微源间功率分配。但传统的基于荷电状态(State of Charge, SOC)的下垂控制存在随着SOC减小直流母线电压跌落逐渐加剧的缺陷,针对该缺陷提出了一种基于SOC的改进下垂控制策略。首先给出了根据母线电压波动的下垂系数调整律,当母线电压跌落时会自动减小下垂系数。随后建立了以输出电容的电压和电流为状态量的系统控制模型,设计了电流内环电压外环的双环PI控制器。最后搭建了Matlab/Simulink仿真模型,对比仿真了四种不同因素影响下系统的控制性能。仿真表明所提出的改进下垂控制很好地实现了母线电压稳定和各微源功率按其SOC合理分配,并具有较强的抗负载变化能力。