移频控制无通信线互联的微电网控制技术

文章针对微电网分层控制中出现的问题,如微电网并网转离网失败及存在离网"缝隙",在离网转并网过程中存在合闸冲击等问题。提出移频控制无通信线互联的微电网控制技术,并搭建了20k W,400V微电网物理模型系统进行实验验证。验证了采用该方法可以实现不依赖通信,无MGCC,由储能装置与DG自主并联,无通信线互联的微电网系统,可以实现微电网并网转离网无缝切换,离网运行能量平衡,离网转并网的无冲击并网。     

单/三相光储型多微网并离网切换策略

随着微电网工程的推广应用,多个地域邻近的单微电网因某种需求而互联形成多微网系统。由于多微网系统拓扑结构复杂,具有多种运行模式,如何实现多微网系统在多种运行模式下灵活无缝切换成为亟待解决的问题。针对单/三多微网系统,提出相应的并离网切换策略,包括主动并网转离网、被动并网转离网和离网转并网策略。其中并网转离网切换策略针对单相微电网接入引起的离网多微网系统三相功率不平衡问题,提出单/三相多微网联络线功率调节算法;离网转并网策略考虑系统容量提出并网顺序方案。最后基于广东省绿色能源技术重点实验室(CET LAB)多微网平台对所提策略进行实验验证,证实了所提策略的有效性和实用性。     

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。     

基于双重保护的微电网接入设计

为提高分布式电源和微网并网的安全性,以及微网离网到并网同期操作的可靠性,本文提出了一种双重保护的微电网接入配电网设计方案。针对微电网接入配网的离并网状态转换进行了深入的分析与探讨,并给出了该设计方案的实施策略。该方案一方面提高了并网微电网的可靠性,另一方面也很好地解决了微网离并网转换同期的问题。     

微电网关键技术实践及实验

针对微电网运行稳定问题,介绍了高渗透率独立微电网三态控制技术、微电网并离网控制技术、微电网运行技术,给出了独立微电网三态控制系统图,微电网稳态恒频恒压控制策略及软件实现流程,微电网动态切机减载控制策略及软件实现流程,提出了微电网暂态故障保护方案以及微电网并网控制逻辑和并网转离网切换的“无缝”及相关实现手段,同时搭建高渗透率独立微电网的物理模型并提出了相关实验方案。将该技术及策略应用于实际的微电网工程及微电网物理模型试验平台中验证,结果表明该关键技术及策略是可行的。     

内蒙古电力科技园智能微电网运行特性研究

对内蒙古首个智能微电网——内蒙古电力科技园智能微电网进行了并网转离网试验,结果证明:当主网失电时,借助储能系统,微电网可以在7 s内完成由并网转离网模式切换。作为网内扩容的前期研究,比较了12个月微电网内2种额定功率均为10 kW的光伏及风力发电系统的发电情况,前者月均发电量比后者高82.5%,因此建议后续微电网电源的接入选择应以光伏系统为主。设计了一种离网的电动汽车充电方案,并使用网内RLC负载模拟电动汽车进行30min的充电试验,从功率平衡角度证实了该充电方案的可行性。     

基于功率补偿量及下垂系数衰减的直流微电网并网转离网无缝切换控制策略

无缝切换控制策略是保证直流微电网稳定可靠运行的关键。针对传统并网转离网切换控制方法存在母线电压恢复慢、电能质量较差的问题,提出一种基于功率补偿量及下垂系数衰减的直流微电网并网转离网无缝切换控制策略。孤岛检测期间,并网变流器工作在电压控制模式,储能变流器(Energy Storage Converter, ESC)工作在下垂控制模式。通过建模分析,证明采用下垂控制时孤岛检测期间直流母线电压是可控的,由此得到下垂系数选择方法。孤岛检测完成后,以固定函数衰减ESC功率补偿量和下垂系数,实现ESC下垂控制和定电压控制的无缝切换,防止因ESC控制模式的突变而引起直流母线电压波动和ESC电流冲击。讨论了衰减函数的选择方法。仿真结果表明,所提无缝切换控制策略能够有效解决孤岛检测期间直流母线电压不可控的问题,抑制孤岛检测完成后因ESC模式切换时所产生的电流冲击。     

基于范德波尔振荡器和PQ控制的微电网并离网协调控制策略

针对微电网中采用传统多层嵌套的并离网下垂控制系统存在动态响应速度较慢、均流性能较差等问题,提出了一种基于范德波尔虚拟振荡器控制器（VOC）和PQ控制的微电网并离网协调控制方法。在微电网并网运行时,通过对离网VOC引入并网电流反馈,并对其谐振参数和电压倍率进行闭环调节,使VOC一直处于热备用状态,不仅使微电网中各发电单元拥有PQ控制的良好动态性能,还可实现并离网的平滑切换。在微电网转孤岛运行后,同样对VOC参数进行闭环调节,实现对微电网中公共耦合点（PCC）处负载电压的补偿以及对各发电单元更好的均流控制。给出VOC参数同步控制器与PCC处电压之间的关系,理论分析实现同步的机理。与基于传统下垂控制的并离网控制策略进行仿真对比,结果表明所提控制策略可以有效改善微电网在并网运行时的动态响应和孤岛运行时的均流性能。     

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。     

微电网变流器无主从并联控制的应用

深入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及离网状态下的稳定运行等问题,设计了以DSP28335为硬件核心,以改进式下垂控制为控制策略的变流器控制器。通过试验验证两台并联DG变流器在并/离网切换时可根据下垂特性曲线调节输出电压的幅值和频率,并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(VSC)可与传统电流源型并网变流器在并/离网条件下稳定并联运行,这为带下垂控制的VSC的应用推广提供了试验支持,且基于P-F,Q-U下垂特性设计的VSC可实现稳态条件下的输出功率限幅功能。     

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。     

微网并网向孤岛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,即并网运行和孤岛运行模式。微电网并网运行模式向孤岛运行模式的平滑切换对实现微电网正常运行以及负荷可靠供电有着重要的意义。提出了一种自适应系数的下垂控制方法应用于并网模式转变为孤岛模式,并分析了自适应系数下垂控制方法的工作原理,能够有效地解决并网模式向孤岛模式切换时引起的电压波动大、频率不稳定的情况。最后用MATLAB仿真证明了此方法的可行性。     

含多种分布式电源的微网动态仿真

通过算例仿真研究了不同分布式电源配置方案下低压微网从并网模式向孤网模式转换的动态运行特性,获得了分布式电源的功率、微网电压和频率的变化规律。如果选择微型燃气轮机作为微网的功率支撑手段,在微网从并网向孤网过渡过程中,系统频率波动较大,且部分分布式电源有可能在低频保护动作下与电网隔离,不利于微网的稳定运行;增加储能设备后,储能设备对于微网的稳定运行可发挥重要的作用。采用下垂控制策略的蓄电池在微网孤岛运行时可以快速为系统提供有功、无功支撑,有效抑制了由于燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差。     

微电网孤岛运行下垂控制分析及仿真

微电网一般有并网和孤岛运行,并网运行一般采用功率解耦控制,其网络电压和频率由大电网决定,而孤岛运行时,网内电源决定微电网的电压和频率。由于一次能源波动和负载波动,为了维持微电网电压和频率稳定,采用电压频率下垂控制,分析了下垂控制的基本理论,给出应用下垂控制的微电网仿真波形。     

Non-communication protection method for meshed and radial distribution networks with synchronous-based DG

This paper presents an efficient protection method which can be used for both meshed and radial distribution networks (DNs) with synchronous-based distributed generation (SBDG) units. The method does not require any communication system in the both grid-connected and islanded modes of operation. The microprocessor-based relays used in the DNs are programmed with a new time-current-voltage characteristic utilising only local fault voltage and current magnitudes. The proposed method is verified by simulation study on the DN of IEEE 30-bus test system as a meshed network in grid-connected mode. The method is also tested on an Iranian practical radial DN in the both grid-connected and islanded modes of operation. The test cases include different fault conditions, with SBDG at various locations and different DG penetration levels, and also without any SBDG in the networks. It is shown in a comparative study that the new time-current-voltage characteristic achieves a notable reduction in total relay operating times without any communication links. In addition, the method uses the same protection settings for the both grid-connected and islanded modes of operation.     

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。     

Distributed cooperative synchronization strategy for multi-bus microgrids

Microgrids can operate in both grid-connected mode and islanded mode. In order to smooth transfer from islanded mode to grid-connected mode, it is necessary to synchronize the point of common coupling (PCC) with main utility grid (UG) in voltage frequency, phase and amplitude. Conventional synchronization methods based on centralized communication are very costly and not suitable for multi-bus microgrids that have a large number of distributed generators (DGs). To address this concern, this study presents an active synchronization control strategy based on distributed cooperation technology for multi-bus microgrids. The proposed method can reconnect the microgrid in island to UG seamlessly with sparse communication channels. Synchronization correction signals are generated by a voltage controller, which are only transmitted to the leader DGs. Meanwhile, each DG exchanges information with its neighbors. Finally, the voltage of PCC will synchronize with the main grid and all DGs will achieve the consensus behaviors. Compared with traditional synchronization methods, the proposed method does not need complex communication networks and improves flexibility and redundancy. Even if the distributed communication breaks down, the primary droop control can still operate robustly. Small signal model of entire system is developed to adjust the parameters of distributed active synchronization controller. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed method.     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

H‐infinity controller for frequency and voltage regulation in grid‐connected and islanded microgrid

This paper presents a study on a grid‐connected and islanded multiple distributed generation (DG) system for frequency and voltage regulation. The multiple DG system includes solar cells, wind turbine, fuel cell, and battery storage. The H‐infinity controller is used whose weighting parameters are optimized to minimize voltage and frequency deviation. The performance of the system is analyzed under different conditions for both grid‐connected and islanded modes of operation. In case of the load variations, the inner voltage and current loop react based on the H‐ infinity control strategies. The outer power loop uses the droop characteristic controller. The design is simulated using MATLAB/SIMULINK. The simulation results show that the multiple DG system can supply high‐quality power both in grid‐connected and islanded modes. Also, we show that the proposed control methodology will make the system to transit smoothly between the islanded mode and the grid‐connected mode. The results indicate that the frequency and voltage deviations meet the nominal values as per IEEE standard. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

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。