基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

相较于交流电网,直流微网结构简单、效率高,且能够更好地消纳光伏、风电等分布式新能源,但其几乎不具有惯性。通过对端口换流器施加虚拟电容控制策略,使其可模拟电容充放电特性,能够改善直流电压质量,增强直流微网稳定性。但该控制方法对系统惯性提升机理暂不明确,虚拟电容控制策略所虚拟出电容值大小等问题也有待进一步探究。据此,类比于交流电网在负荷突变瞬间发电机按照惯性大小分担负荷的特性,提出直流微网中各端功率调节初期按照端口电容值比例进行分配,并在此基础上提出基于虚拟电容控制策略的等效电容计算方法,探究虚拟电容与等效电容间的对应关系。最后,搭建了控制器级的硬件在环测试平台,验证了虚拟电容控制策略的有效性、直流微网功率调节分配依据及所提等效电容计算方法的正确性。     

附加电流前馈的虚拟直流电机控制技术

针对直流微电网中惯性、阻尼支撑不足导致的电压质量变差的问题,该文提出了一种附加电流前馈的虚拟直流机控制（VDMC）策略。在该策略中,通过模拟直流电机的运行性能,建立适用于双向DC-DC换流器的控制结构,以提高对直流电压的惯性和阻尼支持能力。为消除负荷扰动初期的电压波动,设计电流前馈补偿回路提升VDMC抑制电压突变的能力。根据阻抗比稳定性判据,分析附加回路对直流微电网稳定性的影响。最后,在直流微电网半实物仿真平台上进行了实验验证。结果表明,附加电流前馈的虚拟直流电机控制策略,改善了惯性支持功能和电压阻尼,从而进一步提高了直流微电网的动态稳定性。     

基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制

为了改善直流微电网的电压稳定性和动态性能,降低控制系统的复杂性,提出一种基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制(AVIC)方法.在反正切函数中嵌套幂函数,根据电压和电压变化率的动态变化调整下垂曲线的截距,以控制换流器快速释放或吸收功率,从而为直流微网提供惯性支持.建立含AVIC的四端直流微电网小信号模型,并通过根轨迹分析揭示主要控制参数对系统稳定性的影响规律.最后,通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性.     

基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析

直流微电网是小惯性系统,负荷突变和新能源出力波动等因素都会影响直流母线电压的稳定,针对此问题,首先类比交流系统中的虚拟同步发电机(VSG)技术,根据交、直流系统间各变量的对应关系,提出一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性(FVI)控制策略,为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持,以提高系统的电压稳定性;其次,构建基于FVI控制的六端直流微网小信号模型,并通过灵敏度计算及根轨迹分析揭示了主要控制参数变化对系统虚拟惯性及直流电压稳定性的影响规律,为参数的选择提供了依据;最后,通过实时仿真证明所提控制方法的优越性及理论分析的正确性。     

考虑蓄电池荷电状态的孤岛直流微网多源协调控制策略

为避免孤岛直流微网中蓄电池的深度充放电以延长其使用寿命,在充分考虑蓄电池荷电状态(SOC)的基础上,提出了一种包含一次分散控制和二次集中控制的孤岛直流微网多源协调控制策略。一次分散控制用于实现各微源考虑蓄电池SOC的自治协调运行,在该控制下,直流母线电压随SOC按分段下垂特性变化,当SOC接近限值时,直流母线电压会升高或降低,导致新能源发电单元降功率或负荷减载运行。二次集中控制对一次控制的下垂曲线进行了调整,用于消除一次控制在SOC接近上限时产生的稳态电压偏差,以满足特定情况下对直流母线电压的严格要求。最后,搭建了风储孤岛直流微网硬件在环仿真(HILS)实验系统,实验结果表明,所提多源协调控制策略可有效避免蓄电池的深度充放电并提升直流母线电压质量。     

基于TOPSIS算法的多VSG单元协同控制策略

基于电力电子变流器的非同步机电源采用虚拟同步发电机(VSG)控制技术可以实现其对电网的友好支撑,但各VSG单元共同运行时存在虚拟惯量分配及协同支撑电网问题。为更好地实现多VSG单元在提供惯性支撑时的协同配合,提出一种基于逼近于理想值排序方法(TOPSIS)的多VSG单元协同控制策略。首先,通过系统中各储能端的剩余容量和系统频率变化率,对含多VSG单元的系统总惯量大小进行调整;其次,综合考虑各VSG单元的储能荷电状态、换流器容量、储能充放电功率限制等指标差异,结合TOPSIS算法对各VSG单元的虚拟惯量进行合理分配和实时调整,以维持各VSG单元的安全运行,同时减小系统频率波动;进一步建立了含多VSG单元的六端系统小信号模型,对协同控制中的主要参数进行了稳定性分析;最后,通过搭建硬件在环实验平台对所提协同控制策略的有效性进行了验证,结果表明所提方法可以较好地实现多VSG单元的协同运行。     

基于双重双向DC/DC变换器的光储系统研究

独立光伏系统受温度、光照强度等影响,其输出功率具有间歇性、分时性的缺点,然而储能系统"削峰填谷"的功能可以弥补光伏系统的缺点。文章通过双向Buck/Boost电路实现能量的双向流动,采用互补的PWM控制方式实现蓄电池充放电的平滑切换,应用电压电流双闭环控制的方法来抑制直流母线电压的波动。采用双重变换器不仅能够减小电感的大小和设备的重量,而且能够减小电压纹波的大小,同时增加了设备的容量。最后在实验室现有设备的基础上搭建相关实验平台,验证了基于双重双向DC/DC变换器的光储系统及相关控制策略的有效性与优越性。     

附加电流前馈的虚拟直流电机控制技术

针对直流微电网中惯性、阻尼支撑不足导致的电压质量变差的问题,该文提出了一种附加电流前馈的虚拟直流机控制（VDMC）策略。在该策略中,通过模拟直流电机的运行性能,建立适用于双向DC-DC换流器的控制结构,以提高对直流电压的惯性和阻尼支持能力。为消除负荷扰动初期的电压波动,设计电流前馈补偿回路提升VDMC抑制电压突变的能力。根据阻抗比稳定性判据,分析附加回路对直流微电网稳定性的影响。最后,在直流微电网半实物仿真平台上进行了实验验证。结果表明,附加电流前馈的虚拟直流电机控制策略,改善了惯性支持功能和电压阻尼,从而进一步提高了直流微电网的动态稳定性。     

三相VSG系统的高性能非线性控制策略

为了提高电压跌落发生器在逆变侧模拟电网跌落故障时整流侧的响应速度,提出一种基于非线性控制的高性能控制策略。通过将引入的相对阶为2的能量函数与无功电流分量作为输出,在没有简化模型的基础上实现对三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器这一欠驱动系统的完全精确反馈线性化,避免了系统的零动态响应。在能量函数的基础上增加一个反馈调节控制,提高控制系统抵抗模型参数不确定性时的鲁棒性。此外,针对电压跌落发生器(voltage sag generator,VSG)的逆变侧,根据三相电压矢量关系图,设计一种简单实现平衡跌落与部分不平衡跌落故障的开环控制器。仿真对比及实验结果表明,所提控制策略能够提高VSG系统在电压跌落时的动态响应速度,保证直流母线电压的快速稳定调节,同时使网侧单位功率因数运行,具有显著的优越性。