蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

负荷用直流变换器的虚拟直流发电机控制策略研究

直流配电在方便可再生能源接入的同时可以减少变流环节,提高用电效率,并且不会引起频率不稳定及无功功率不平衡等问题。直流变换器作为直流微网中的电能馈送的重要一环,其控制策略的优劣显得尤为突出。提出了一种负荷用直流变换器的虚拟直流发电机控制方法,该控制策略继承了旋转电机的惯性特性,当带载变化时,这种控制策略能够缓和恢复受扰动的负荷侧电压,且维持直流微网负荷端电压在其额定值。建立的DC/DC小信号模型证明了采用虚拟直流发电机控制的直流变换器在直流母线电压波动过程中的功率响应与其阻尼参数成反比,因此可根据母线电压变化趋势自动调节对母线功率的吸收,响应母线电压波动,支持母线电压恢复。仿真及实验结果验证了所提出控制策略的可行性和正确性。     

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。     

新型混合式高压直流输电DC/DC变换器

针对高压直流电网中现有DC/DC变换器拓扑在成本、效率方面的不足,提出了一种基于模块串联技术以及晶闸管、二极管串联技术的混合式DC/DC变换器拓扑,以实现高压直流电网中不同电压等级的互联。对该拓扑结构的工作原理、控制策略、元器件参数设计、经济性等方面进行了全面的分析论证。最后,在MATLAB中进行了仿真,验证了所提DC/DC变换器的可行性。     

新型虚拟同步电动机电网电压前馈控制策略

虚拟同步电动机(又称负荷虚拟同步机)能够自适应参与电网调频、调压服务,是一种潜在的"源-网-荷"灵活互动方式,其基本拓扑包括AC/DC变换器和DC/DC变换器。针对其故障穿越场景,提出了一种虚拟同步电动机电网电压前馈控制策略。对于AC/DC接口,以控制其直流侧电压和无功功率为目标,控制策略中应用同步电机的机械转矩方程和电磁方程,赋予整流器虚拟惯性和阻尼特性,同时引入电网电压瞬时值前馈环节,提高系统的动态性能;在DC/DC接口控制策略中,以控制有功功率为目标,引入有功-频率下垂控制方程,实现负荷对电网的频率响应。提出的控制策略,能够使设备在电网电压和频率发生异常时,迅速做出响应,为电网提供必要的功率支撑,并在电网电压跌落的瞬间,抑制并网点电流的冲击,维持系统稳定运行。     

具有同步电机特性的电力电子变压器

针对高渗透率分布式电源发电的间歇性和功率波动性引起的配电网电压/频率不稳定问题,提出了一种具有同步电机特性的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑结构,其维持低压配电网稳定的同时还能实现对上级配电网的友好支撑。将输入级AC/DC变换器融合虚拟同步电机控制策略,并通过直流接口获得功率缓冲,使PET具有同步电机的特性,从而在PET维持低压配电网功率消耗的同时,还具有参与上级配电网电压/频率调节的能力,并有效提高了并网侧接口的惯性与阻尼以及降低了并网电流的谐波畸变率,实现了对上级配电网的友好性支撑。仿真结果验证了所提PET拓扑以及控制策略的有效性。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

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。     

基于比例前馈积分反馈的虚拟惯性控制策略

在直流系统中配置储能可以平抑直流电压波动,为系统提供惯性支撑,提高系统稳定性。针对储能系统现有虚拟惯性控制策略存在的问题,提出了一种基于比例前馈积分反馈的新型惯性控制策略。该控制策略通过比例前馈系数、积分反馈系数、积分系数实现了对虚拟惯性的多维度控制。新型虚拟惯性控制策略中,比例前馈系数控制功率初始值给定,积分反馈系数控制稳态输出功率,积分系数控制动态响应能力,提高了控制策略的适应性。最后,储能系统以采用不共地式三电平双向DC/DC变换器为例,开展相关实验,实验结果验证了所提新型虚拟惯性控制策略的有效性。     

直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略。该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能。首先,对多端口变换器的拓扑结构进行了简介;其次,对所提控制策略进行了理论分析与推导,并给出了控制策略框图;再次,建立了变换器小信号模型,分析了加入类VSG虚拟惯性控制策略后变换器的稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立了系统仿真模型,并进行了仿真对比,验证了所提控制策略的有效性及稳定性分析的正确性。与传统控制策略相比,所提控制策略增加了直流配电系统的惯性,平抑了直流母线电压的波动。     

直流电网暂态过电压机理与抑制策略

在柔性直流输电系统受扰后,当直流电网存在盈余不平衡功率时,将导致直流过电压问题,进而对IGBT、电容器等器件造成不可逆的损坏。针对直流电网故障下的直流过电压问题,首先分析了不平衡功率导致直流过电压的机理,得到了直流电压与直流电网内不平衡功率的定量关系;然后提出一种抑制直流电压上升的虚拟调制控制策略,并针对单极和双极2种故障类型采取2种不同控制策略;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证发生受端短路故障、受端单站闭锁故障和受端单极闭锁故障3种典型故障时所提控制策略的有效性。仿真结果表明,虚拟调制控制策略能有效地延缓直流电压上升速度,与耗能装置配合可以显著降低耗能装置的投入容量。     

具备故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器作为未来直流电网中的关键设备,近年来成了国内外关注的热点。文中通过将晶闸管和半桥子模块进行有机组合,提出了一种混合式DC/DC变换器拓扑,通过闭锁子模块和晶闸管实现高低压侧短路故障阻断功能,且具有成本低、效率高的优点。对该拓扑结构的工作原理、故障保护机制、控制策略、参数设计和经济性等方面进行了分析论证。最后,搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果验证了该拓扑和控制策略的可行性。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

微电网中超级电容器储能系统的仿真研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,其在微电网中是提高电能质量的重要组成部分.设计了微电网中超级电容器储能系统,在此基础上重点阐述了双向DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理以及双重移相脉冲下电压外环电流内环的双闭环控制策略.最后在Simulink/MATLAB平台实验验证了在该控制策略下储能系统能够很好的维持直流侧母线电压和网侧电流的稳定性.     

基于多重化DC/DC变换器的储能变流器研究

为了满足越来越大的储能系统规模对大功率储能变流器的需求,将多重化DC/DC变换器引入储能变流器的拓扑结构。对多重化DC/DC变换器的电流纹波及谐波特性的分析表明其具有显著优势。储能变流器的控制策略加入基于直流母线电压的下垂控制。对所研究的储能变流器拓扑结构及控制策略进行仿真并搭建样机。仿真和实验结果表明,所设计的基于多重化DC/DC变换器储能变流器性能具备大功率充放电的功能并且性能优良。     

柔性直流输电系统自适应虚拟惯性调频控制策略

针对传统控制策略下柔性直流输电系统接入交流电网后无法为系统提供惯性以及参与调频的问题,提出了一种考虑频率稳定的自适应虚拟惯性调频控制策略。在直流侧保持下垂特性,自动分配直流功率的同时,使柔性直流输电系统能够参与二次调频,实现交流侧频率的无差调节。另外,通过虚拟惯性控制,进一步提高系统频率稳定性和惯性,改善二次调频控制所引起的暂态波动。针对惯性系数选取受直流电压偏差限制的问题,采用自适应惯性系数,在电压偏差较小时,可以增大惯性系数,得到更好的频率稳定效果,反之则减小惯性系数,防止直流电压越限。在PSCAD环境下搭建了五端柔性直流电网的仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

新型直流电网潮流控制器及其控制方法

直流潮流控制器能够有效提升环网式直流电网的潮流控制自由度,解决直流电网部分线路潮流不可控问题。针对现有直流潮流控制器应用场合的局限性,基于电容线间能量交换的思路,提出一种新型直流潮流控制器拓扑,并对其工作原理和运行特性进行了深入研究。基于新型潮流控制器的多种运行状态,设计了基于脉宽调制(PWM)的控制策略,并以其中一种运行状态为例,研究了各状态变量之间的关系。最后,在电磁暂态仿真软件中搭建等效三端直流环网模型,验证了所提出的直流电网潮流控制器拓扑方案与控制策略的可行性与有效性。     

适用于电动汽车充放电功能的虚拟同步机技术的研究

针对典型可控负荷电动汽车,提出一种基于虚拟同步机技术的充放电控制策略.采用两级式拓扑进行研究,前级AC/DC控制引入基于充放电模式的新型虚拟同步机技术,使电动汽车具备传统同步机相似的惯量、阻尼及频率、电压调节特性的同时,该控制中设置的充放电方式防止电池满充满放,提高使用寿命;将直流母线电压的双闭环控制应用于后级DC/DC控制,提高直流接口的电压稳定性.该控制的特点是虚拟同步机和充放电控制均由前级整流器实现,具有较好的协调性.在MATLAB/Simulink平台中通过典型算例证明,在不同初始电池状态、不同电网负荷和分布式电源接入情况下,所提控制策略使电动汽车不仅能向电网提供惯量、阻尼支撑,还可根据电网频率、电压变化情况自动调整有功、无功功率实现功率双向调节,满足用户需求的同时提高电网动态稳定性.