基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略研究

针对孤立交直流混合微电网中双向AC/DC换流器在外界扰动下出现电压波动的问题,设计了一种应用于双向AC/DC换流器的母线电压扰动观测器,以实现在分布式电源出力和负荷功率变化等外界扰动情况下对系统扰动量的快速跟踪,且无需增加额外的电压或电流传感器,保证了交直流混合微电网内分布式电源和负荷的即插即用功能。进一步地提出了基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略,以有效抑制暂态电压波动和冲击,提高了孤立混合微电网在不同扰动下的动态响应性能和鲁棒稳定性。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了孤立交直流混合微电网仿真模型,通过在不同暂态过程下的仿真测试验证了所提方法的有效性和正确性。     

交直流混合微电网互联变流器微分平坦控制

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、电源缺失等情况下的动态和鲁棒性能,提出了一种基于微分平坦（flatness-based control,FBC）理论的互联变流器（interlinking converter,ILC）控制策略。首先分析了孤岛模式下子网内分布式电源采用下垂控制策略解决各自网内的功率分配问题;其次建立dq坐标轴下ILC数学模型,并证明了ILC系统满足微分平坦性;接着,根据微分平坦理论设计了ILC的功率控制器,其结构包括前馈控制和误差补偿两部分,系统采用串级控制结构,由功率外环产生平坦输出的参考轨迹,电流内环产生ILC期望输出的dq轴电压分量;最后,在Matlab/Simulink中建立FBC和PI控制的ILC仿真系统,在3种工况下仿真结果验证了FBC控制系统具有更好的动态性与鲁棒性。     

交直流混合微电网互联变流器微分平坦控制

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、电源缺失等情况下的动态和鲁棒性能,提出了一种基于微分平坦（flatness-based control,FBC）理论的互联变流器（interlinking converter,ILC）控制策略。首先分析了孤岛模式下子网内分布式电源采用下垂控制策略解决各自网内的功率分配问题;其次建立dq坐标轴下ILC数学模型,并证明了ILC系统满足微分平坦性;接着,根据微分平坦理论设计了ILC的功率控制器,其结构包括前馈控制和误差补偿两部分,系统采用串级控制结构,由功率外环产生平坦输出的参考轨迹,电流内环产生ILC期望输出的dq轴电压分量;最后,在Matlab/Simulink中建立FBC和PI控制的ILC仿真系统,在3种工况下仿真结果验证了FBC控制系统具有更好的动态性与鲁棒性。     

交直流子网双边惯量约束下互联变流器动态功率控制策略

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用，混合微电网（HMG）的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器（ILC）互联运行时，子网的动态特性会通过ILC耦合，因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型，分析了子网双边惯量对HMG动态性能和稳定性的影响规律。针对交直流子网互联后功率振荡和变化率越界等问题，提出一种考虑双边惯量约束的ILC动态功率控制策略；并以HMG动态性能、系统稳定性和功率传输极限为约束条件，优化设计了动态功率控制器的参数。基于StarSim半实物仿真平台搭建了HMG系统，在多种工况下验证了所提出的动态功率控制策略和参数设计方案的有效性和适应性。     

兼具电能质量补偿功能的互联变换器统一控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网中的电能质量问题,提出了一种兼具电能质量治理功能的互联变换器(ILC)统一控制策略.在平衡交直流混合微电网功率的基础上,同时实现交流子网母线电压不平衡和谐波补偿以及直流母线电压多倍频脉动抑制,从而避免增加额外的电能质量治理装置.在所提控制策略中,选取一台容量最大的ILC控制成电压源模式,称为主ILC,通过引入阻抗调节系数可以使主ILC根据交直流混合微电网不同的电能质量要求运行在不同的补偿模式.其余ILC控制成电流源模式,称为从ILC,通过控制多个ILC传输的脉动功率相互抵消来抑制直流母线电压多倍频脉动.最后,通过仿真结果验证了所提ILC电能质量控制策略的有效性.     

孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略

在孤立交直流混合微电网中,对双向AC/DC换流器进行合理控制可以有效实现微网功率的协调分配并提高系统的抗外界干扰能力。将孤立混合微电网中的交流微网和直流微网等效为整合电源,分别给出双向AC/DC换流器交流侧和直流侧的有功功率下垂控制方程,进而提出基于全网功率成比例分配原则的双向AC/DC换流器外环功率控制策略,实现孤立混合微电网的功率平衡和自主分配;同时针对常规比例-积分(proportionalintegral,PI)内环控制无法获得理想的电压动态响应的问题,在对双向AC/DC换流器进行电压波动分析的基础上,提出一种抑制电压波动的双向AC/DC换流器改进内环控制策略,实现换流器电压对参考信号的无静差跟踪,提高下垂控制微电网系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

交直流混合微电网中互联变流器功率控制

针对交直流混合微电网,分析了各子网的下垂特性以及并网和离网2种运行模式下的功率平衡关系。为避免互联变流器频繁动作,提高系统电能质量,提出了一种基于单位化处理的交直流混合微电网下垂控制方法,并设计了误差动作阈值,推导了误差与交换功率之间的数学关系,实现了互联变流器的分区段控制。在PSCAD/EMTDC搭建了交直流混合微电网仿真模型对控制策略进行仿真,结果表明,在并网和离网2种运行模式下,互联变流器在相应区间都能准确、快速地调节直流微电网与交流微电网之间的交换功率,实现交直流混合微电网的稳定运行,验证了控制策略的可行性。     

交直流混合微电网母线接口参数自适应VSG控制策略

针对交直流混合微电网的母线接口变换器采用传统VSG控制策略时存在母线频率的超调量与暂态过程时间矛盾,以及传输功率的暂态过程长期处于超调状态问题,提出一种交直流混合微电网母线接口参数自适应VSG控制策略。该控制策略可以使接口变换器的传输功率、母线频率的超调量减小;可以优化系统的动态调节能力,进而缩短暂态过程。建立了符合母线接口变换器VSG的数学模型,在VSG数学模型的基础上引出了参数自适应VSG控制策略。通过仿真,对比参数自适应VSG控制策略与传统VSG控制策略的控制效果,验证了所提出的控制策略的有效性和可行性。     

考虑直流子网影响的交直流混合微电网谐振特性分析

交直流混合微电网是未来配电网的重要组成形式。由于直流子网在混合微电网中所占比重提高,势必会对并网模式下的交直流混合微电网的谐振特性产生影响,而利用频域分析法需建立基于交直流混合微电网的高阶传递函数,建模困难。为了解决上述问题,提出了直流子网和互联变流器(interlinking converter,ILC)融合阻抗建模方法,建立了并网模式下交直流混合微电网系统的等效阻抗模型,利用模态分析法计算出系统谐振频率、参与因子以及参数灵敏度等谐振特性,进一步分析了ILC和直流子网参数变化对系统谐振特性的影响。分析表明,ILC和直流子网部分参数变化会大幅改变系统的谐振频率及谐振峰值。结论不仅有利于谐波谐振的治理,同时也为系统参数的设计提供了依据。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了交直流混合微电网仿真模型,验证所进行的谐振模态分析及参数变化对谐振特性影响的正确性。     

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,本文以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦PI母线电压跟踪控制方法。首先将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的自耦PI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,本文控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题，提出了基于系统惯量中心(center of inertia，COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素，采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验，结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限，增大了系统的稳定域，显著改善了系统的功角稳定性。     

交直流混合微电网接口变换器虚拟同步发电机控制方法

随着分布式发电技术的推广,交直流混合微网以其灵活性正得到越来越广泛的研究和应用,而接口变流器是其核心部件。提出了一种接口变换器虚拟同步发电机控制策略。该策略不仅能使交直流子网有功功率分配更加均匀,还能使系统在大容量负荷投切过程中响应更加平滑,降低交直流子网快速功率波动的耦合影响。Matlab/Simulink仿真算例的验证结果表明,提出的接口变换器虚拟同步发电机控制方法能够降低交直流子网功率传导影响,有利于提高交直流微电网的运行稳定性。     

交直流混合微电网互联变流器改进控制策略

互联变流器是交直流混合微电网的重要组成部分,需要承担交流微电网与直流微电网间的功率分配任务,需要具有良好的动态性能。针对孤岛模式下传统下垂控制的互联变流器存在惯性小、系统瞬态性能差的问题,提出了基于自适应下垂控制的互联变流器控制策略。在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量,动态增加系统惯性,提高系统瞬态性能。在此基础上,为了避免互联变流器整流与逆变模式的频繁切换,提出滞回控制方法,提高了系统的稳定性。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明,孤岛模式下自适应下垂控制方法能够有效增加系统的惯性,提高系统动态过程的稳定性。滞回控制方法可以有效减小死区加入导致的交直流两侧功率分配偏差。     

主从控制混合微电网中互联变流器控制策略

针对基于主从控制的交直流混合微电网,研究了孤岛模式下的功率平衡关系和互联变流器控制策略。主控制单元控制系统的功率波动,维持系统的稳定性,因此提出了主控制单元容占比的概念,来反映两侧微电网的运行状态;根据此概念,建立了交直流两侧的数学联系,设计了互联变流器的分区段控制策略,调节功率在微网间的流动,以实现两侧功率的相互支撑;为了避免互联变流器运行模式的频繁切换,设置了滞回比较环节,提高系统的稳定性。在PSCAD／EMTDC搭建了交直流混合微网仿真模型,结果表明,在孤岛模式下分区段控制策略能够实现对互联变流器的灵活控制,可准确调节交直流子网间的功率流动,实现系统的功率平衡以及各微网的电压和频率稳定。     

交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

基于多状态Markov模型和逆最优理论的HVDC附加控制器

高压直流输电(HVDC)的附加控制器可以显著改善交直流混联系统的稳定性,但电力系统在随机大扰动下呈现出连续时间动态和离散事件相互作用的混杂特性,使得基于系统固定工况的传统建模方法无法全面描述系统的运行状态。针对此问题,提出了一种基于多状态Markov模型和逆最优理论的HVDC附加控制器。首先建立了多区域交直流混联系统的多状态Markov模型,在此基础上,提出了交直流混联Markov系统的逆最优反推控制策略,该策略将非线性系统最优控制问题转化为渐近稳定控制律的求解问题,不仅能够确保随机扰动下系统的鲁棒稳定性,还解决了具有非线性特性的系统全局优化问题,同时也避免了求解HJI偏微分方程,使控制策略易于工程实现。在选择控制参数时,以设备停运率替代Markov系统的状态转移率,因而可在满足系统多状态特性的同时,避免由于实际系统运行方式的复杂性给控制策略的实现带来的困难。仿真结果表明,与传统的控制器相比,所提的HVDC附加控制器能显著提高交直流混联系统的暂态稳定性。     

基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略

针对交直流混合微电网发生故障时运行模式切换不及时的实际问题,提出了一种基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略。以北京崇礼低碳冬奥智能电网综合示范工程为背景,详细介绍了双端供电的交直流混合微电网系统设计方案和各类变流器的控制方法,在此基础上重点设计了6种典型运行模式,利用三元式阐述了各运行模式的稳态判据,并提出了一种基于弱通信的运行模式自适应切换策略。仿真结果表明,所提运行模式自适应切换策略可自行按照预设的切换逻辑在故障条件下及时切换到合适的运行模式,保证了微电网的供电可靠性。     

交直流混合微电网中电力电子变压器功率控制与模式切换方法

提出电力电子变压器在交直流混合微电网中的功率控制与模式切换方法。在交直流混合微电网的离网模式下,提出剩余功率下垂控制方法实现交直流系统的相互支撑。为实现电力电子变压器不同运行模式下的无缝切换,将不同运行模式融合到1个功能外环中,有效地降低了模式切换时的暂态波动。仿真结果表明,所提功率控制策略既能避免交直流母线的过度耦合,又能为交直流混合微电网提供一定的相互支撑作用;所提模式切换方法在保持稳态性能不变的情况下,显著提高了电力电子变压器的暂态性能。