分布式发电并联接入微网的控制技术研究综述

智能电网很重要的特点之一就是大规模接入清洁能源分布式发电,因此,加快发展这项技术很有必要.首先通过介绍智能电网,引出了其关键技术之一的微网技术,然后简要分析了系统结构及其控制策略,并对各种控制方法进行了比较,着重对主流控制方法进行了讨论,包括主从控制、电流/功率均分控制以及频率/电压下垂控制.最后,总结对比了各种方案的优劣并提出展望,逆变器控制技术的研究对智能电网的构建具有重要意义.     

基于微网内节点功率优化配置的频率-电压调节方法

分布式电源出力以及节点负荷的不确定性,严重影响了孤网模式下微网系统的频率和电压。文章首先考虑发电机有功-频率特性,无功-电压特性以及负荷的频率电压特性,定义微网系统频率和节点电压对有功功率和无功功率的灵敏度;其次,将系统频率偏差和节点电压偏差进行归一化加权处理,得到优化目标函数;然后,以灵敏度较大节点为功率调节节点,采用粒子群优化算法对这些节点的有功功率和无功功率进行优化。在14节点的微网系统中对算法的验证结果表明,当孤网运行的微网系统频率和电压偏差需要调节时,文章所提出的算法通过优化微网节点的功率,能够使系统频率偏差和节点电压偏差减小,实现频率和节点电压的调节。     

含风光储的多微网接入配网的联合调度策略

含可再生能源的微网的兴起,使大量随机性、间歇性的电源高渗透率接入电网,对电网的安全稳定运行带来巨大影响。针对多个微网接入电网的情况,文章提出了多微网与配网的联合调度模式,分别考虑系统网损、负荷波动和微网运行经济性,建立了联合运行的双层优化模型。仿真结果表明,合理调度并入配网的多个微网并管控微网中微源,能够平抑可再生能源波动性,降低配网网损,减小负荷方差水平,实现削峰填谷,并且保证微网运行经济性。     

新型孤岛微网主从控制策略研究

为降低传统主从控制中对主电源的依赖,提高微网功率调节能力,提出了采用对等控制的储能逆变器作为主电源,采用功率控制的分布式电源逆变器作为从电源的新型主从控制策略。搭建了光伏电池模型,设计了其接口变流器的控制策略,以保证光伏最大功率输出。给出了传统主从控制策略中主电源V/f及从电源PQ控制原理,并采用相角下垂控制对主电源控制方法进行改进,使储能逆变器共同作为主电源运行,最终形成新型主从控制策略。应用相角下垂控制有效克服了频率下垂控制频率偏差的问题。最后依据上海电气中央研究院微网一期工程搭建了微网仿真模型,在孤岛运行模式下进行传统主从控制和新型主从控制策略的对比仿真研究。结果表明,新型主从控制策略不仅可以保证微网稳定运行,而且相对于传统主从控制可有效降低对单台主电源的依赖,增强了微网的稳定性,同时提高了微网功率调节能力,更大范围平衡分布式电源和负载的波动。     

微网并网容量分析

将分布式发电以微网形式接入到主电网中并网运行,与主电网互为支撑,是充分发挥分布式发电的最有效方式之一.研究微网并网规模,明确主电网接纳微网的能力,将充分发挥新能源及可再生能源的优势,实现主电网与分布式新能源及可再生能源发电的协调发展,有利于引导与规范微网接入主电网,确保主电网的安全、稳定、经济、高效运行.从微网并网系统的特点出发,分析了微网并网的相关问题,研究了微网并网对主电网的影响,同时对微网并网容量即主电网接纳微网能力进行分析,最后结合算例针对微网并网的稳态分析,通过仿真实现了对微网并网容量的确定.     

低压微网逆变器孤岛运行控制策略研究

低压微网系统中的逆变器孤岛运行时,由于失去电网电压和频率的支撑,逆变器的控制变得困难。在负载突变情况下,容易引起微网交流母线电压和频率幅值的波动,导致微网系统无法提供可靠的电能;当逆变器并联处于孤岛运行时,微网系统要求各台逆变器能够按各自容量实现功率精确分配,同时还应具有较快的动态响应能力。针对以上问题,文章逆变器的外环控制采用改进功率下垂系数调节的电压PI控制、内环采用瞬时电流PR双闭环控制,保证负载突变时具有较快的动态响应速度和无稳态误差控制。仿真结果验证了文章控制策略的可靠性。     

基于多Agent的多源水电微网负荷平衡控制方法

为保证多源水电微网频率、电压的稳定输出,提出基于多Agent的多源水电微网负荷平衡控制方法。通过构建包括专业Agent团体与主管Agent的分布式集成智能控制系统,利用主管Agent实时监控多源水电微网的负荷与性能,根据不同需求与状况变换专业Agent团体中控制Agent的控制模式,控制负载、发电与储能设备的常规运行及关键开关;结合单Agent模型中的负荷平衡控制算法,运算多源水电微网内功率缺额,依据发电机调节性能、负荷调节效应及动态性能,平衡功率缺额,实现多源水电微网负荷平衡控制。实验结果表明,该方法可有效降低多源水电微网内各变流器的负序电流分配误差、切除微网内的多余功率缺额、恢复多源水电微网的频率和电压,且微网负荷平衡控制容错性能较好,使多源水电微网平稳运行。     

适应电网侧AGC不同控制模式的光伏发电参与电网频率调节

大规模光伏发电并网致使电力系统面临惯量减小与调频能力不足。文章在备用一定有功功率的基础上,提出有功功率-频率下垂控制策略,通过修正逆变器的原有控制结构,实现光伏发电主动参与电网频率一次调节。考虑一次频率调节偏移与越界等问题,提出自适应电网侧AGC不同控制模式(定频率控制模式、定联络线功率控制模式以及联络线功率频率偏差控制模式)的二次频率调节控制策略,进而实现频率的无差调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了控制策略的有效性与可行性。     

基于清洁能源发电系统的微网技术

清洁能源发电系统联网对于缓解传统电网供电压力,改变能源结构具有重要作用。通过分析以清洁能源发电为主的分布式电源大量联网的局限性,引入了微网技术,介绍了微网的相关概念及其基本结构、三种微网的基本控制模式：恒功率控制、考虑分布式电源功率限制的功率控制和联合最优功率控制．最后提出了微网研究中需要重点解决的问题。     

基于下垂控制的微电网新型控制策略

文章提出一种适用于低压微电网运行的新型正弦虚拟有功-频率下垂控制策略。首先,通过坐标旋转变换实现功率的解耦控制,使传统下垂控制能够扩展应用到低压微电网中。然后,采用正弦虚拟有功-频率下垂控制,无须下垂限幅控制环节即可保证逆变器功率输出在功率限值范围之内,并且改进的控制策略在额定功率附近下垂系数比较大,可减小无功分配误差。最后,以Matlab/Simulink为仿真平台建立微电网仿真模型,仿真结果验证了所提改进控制策略的正确性和可行性。     

微电网中并列运行逆变器控制策略研究

考虑到微网内分布式电源的多样化和分散性,提出一种PQ控制与基于下垂特性的电压电流控制相结合的控制策略。PO控制可以实现间歇性微源的最大能源利用率,基于下垂特性的电压电流控制在微网运行模式或结构发生变化时,可以很好地实现负荷功率共享,以维持微网频率和电压的稳定。此控制策略既可以在并网模式下运行,也可以在孤岛模式下运行。并在PSCAD／EMTDC仿真平台上搭建了微电网仿真模型,验证了此控制策略的正确性和有效性。     

针对并网型风储微网的飞轮储能阵列系统控制方法CSCD

由于新能源发电存在波动性和间歇性,其大量接入时会给电网运行带来新的困难,而利用储能技术提高新能源的可调度性是当前研究的热点。为缓解新能源并网对电力系统的不良影响,针对并网型风储微网提出了一种基于飞轮储能阵列系统的分层优化控制方法,上层优化中心根据功率缺额和各台飞轮的转速建立相应充/放电优化模型,并求解相应飞轮的功率参考值;下层飞轮控制器采用双模双环控制方法,实现飞轮转速和输出功率的控制,最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

基于MMC-PET的直流微电网综合控制策略

为提升智能配电网电能质量,提出一种基于模块化多电平型电力电子变压器的直流微网构架及其综合控制策略,对分布式电源并网方式进行简化,设计MMC-PET及风光储系统的控制器,对智能配电网中电压深度跌落、三相不平衡等电能质量问题进行治理。在PSCAD/EMTDC平台搭建基于MMC-PET的直流微网风光储系统仿真模型,进行仿真分析总结,结果表明该方法很大程度地提高了新能源接入适应性,具备更快的动态响应速度和更强的鲁棒性,能有效改善智能配电网电能质量。     

微电网孤岛模式下无功分配及电压优化分层控制策略

针对在微电网孤岛模式下并联运行的分布式电源采用传统下垂控制策略时存在无功功率受并网线路阻抗影响较大、电压偏离额定值等问题,提出了微电网孤岛模式下无功分配及电压优化分层控制策略,将微电网优化控制过程分为两层:初级控制层针对分布式电源无功功率受并网线路阻抗影响较大问题,提出变系数法下垂控制策略,根据下垂特性和线路特性约束方程调整下垂系数,实现无功功率精确分配;二级控制层应用多智能体一致性算法维持微电网电压稳定。仿真模型使用PSCAD/EMTDC搭建,结果表明,分层优化策略使无功功率合理分配的同时提高了微电网电压水平。     

计及电网频率偏差的双馈风电机组频率控制策略

针对电力系统发生大扰动时,双馈风电机组采用现有下垂控制方法不能充分利用自身旋转动能为电网提供频率响应服务,提出一种计及电网频率偏差的变系数双馈风力发电机组频率控制策略。该方法通过将下垂系数与电网频率偏差耦合,可根据电网频率变化量灵活地调节下垂系数,实现在系统发生大扰动时风电机组更有效地为电力系统提供频率支撑,并借助EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,在不同风速场景下,当电力系统发生不同扰动时,双馈风电机组采用该策略均可有效提升自身频率响应能力,减少系统最大频率偏差,特别是在大扰动场景下,效果更加明显。     

A hybrid optimization technique for proficient energy management in smart grid environment

Electrical energy is one of the key components for the development and sustainability of any nation. India is a developing country and blessed with a huge amount of renewable energy resources still there are various remote areas where the grid supply is rarely available. As electrical energy is the basic requirement, therefore it must be taken up on priority to exploit the available renewable energy resources integrated with storage devices like fuel cells and batteries for power generation and help the planners in providing the energy-efficient and alternative solution. This solution will not only meet electricity demand but also helps reduce greenhouse gas emissions as a result the efficient, sustainable and eco-friendly solution can be achieved which would contribute a lot to the smart grid environment. In this paper, a modified grey wolf optimizer approach is utilized to develop a hybrid microgrid based on available renewable energy resources considering modern power grid interactions. The proposed approach would be able to provide a robust and efficient microgrid that utilizes solar photovoltaic technology and wind energy conversion system. This approach integrates renewable resources with the meta-heuristic optimization algorithm for optimal dispatch of energy in grid-connected hybrid microgrid system. The proposed approach is mainly aimed to provide the optimal sizing of renewable energy-based microgrids based on the load profile according to time of use. To validate the proposed approach, a comparative study is also conducted through a case study and shows a significant savings of 30.88% and 49.99% of the rolling cost in comparison with fuzzy logic and mixed integer linear programming-based energy management system respectively.     

基于自适应虚拟阻抗的分布式电源并联控制策略

当传统下垂控制策略应用于低电压微电网分布式电源并联系统时,其等效输出阻抗易受线路阻抗的影响而呈阻性,致使无功功率不能完成精准分配,破坏微电网系统的稳定性。因此,分析了低电压微电网系统的等效输出阻抗,并提出将自适应虚拟阻抗添加到电压电流双闭环控制方法,结合下垂特性可实现无功和有功功率的解耦,还能对产生的环流进行有效抑制;又利用CAN通讯技术通过引入电压补偿信号在线监测无功功率分配,以提高各分布式电源无功功率的分配精准度。最后通过在仿真平台建立两台逆变器并联运行模型,验证了该方法的可行性和稳定性。     

Aggregate load-frequency control of a wind-hydro autonomous microgrid

This paper presents an aggregate load-frequency controller for an autonomous microgrid (MG) with wind and hydro renewable energy sources. A micro-hydro power plant with a synchronous generator (SG) and a wind power plant with an induction generator (IG) supply the MG. Both generators directly feed power into the grid without the use of additional power electronics interfaces, thus the solution becoming robust, reliable and cost-effective. An original electronic load controller (ELC) regulates the MG frequency by a centralized load-frequency control method, which is based on a combination of smart load (SL) and battery energy storage system (BESS). SL and BESS provides the active power balance for various events that such systems encounter in real situations, both in cases of energy excess production and energy shortage. Moreover, the proposed ELC includes an ancillary function to compensate the power unbalance produced by the uneven distribution of the single-phase loads on the MG phases, without the use of extra hardware components. A laboratory-scale prototype is used for experimentally assessment of the proposed solutions. The experimental results emphasize the effectiveness of the ELC while also showing its limitations.     

低压微电网孤岛模式下改进下垂控制策略

在孤岛运行的低压微电网中,传统下垂控制会导致频率和电压偏离额定值、无功功率分配精度较低等问题,为此提出了无稳态误差的有功—频率下垂控制和综合改进的无功—电压控制策略,分析了在有功—频率下垂控制中引入隔直环节实现消除频率稳态误差的原理,综合分析了下垂系数、虚拟电抗、输出电流补偿等无功—电压下垂改进措施对无功分配精度、系统稳定性和电压跌落的影响,实现了稳态时微电网频率无偏差,提高了分布式电源之间无功功率分配精度,确保了电压波动在允许范围内。仿真算例验证了所提出的控制策略的有效性,为低压微电网孤岛模式下的下垂控制提供了参考。