Techno-economic analysis of hydrogen energy for renewable energy power smoothing

With the increasing proportion of renewable energy (mainly wind power and photovoltaic) connected to the grid, the fluctuation of renewable energy power brings great challenges to the safe and reliable operation of power grid. As a clean, low-carbon secondary energy, hydrogen energy is applied in renewable energy (mainly wind power and photovoltaic) grid-connected power smoothing, which opens up a new way of coupling hydrogen storage energy with renewable energy. This paper focuses on the optimization of capacity of electrolyzers and fuel cells and the analysis of system economy in the process of power output smoothing of wind/photovoltaic coupled hydrogen energy grid-connected system. Based on the complementary characteristics of particle swarm optimization (PSO) and chemical reaction optimization algorithm (CROA), a particle swarm optimization-chemical reaction optimization algorithm (PSO-CROA) are proposed. Aiming at maximizing system profit, the capacity of electrolyzers and fuel cells are constrained by wind power fluctuation, and considering environmental benefits, government subsidies and time value of funds, the objective function and its constraints are established. According to the simulation analysis, by comparing the calculated results with PSO and CROA, it shows that PSO-CROA effectively evaluates the economy of the system, and optimizes the optimal capacity of the electrolyzers and fuel cells. The conclusion of this paper is of great significance for the application of hydrogen energy storage in the evaluation of power smoothness and economy of renewable energy grid connection and the calculation of economic allocation of hydrogen energy storage capacity.     

非隔离并网逆变器进网电流直流分量抑制策略参数优化设计

非隔离并网逆变器存在向电网注入直流电流的风险。而现有针对该问题的虚拟电容法的控制器参数选择未兼顾进网电流控制器的稳态和动态性能。为此,提出一种比例谐振和虚拟电容(PR+C)控制器参数优化方法。首先,通过控制系统传递函数分析了虚拟电容和PR控制器之间的相互影响,并由幅值和相位裕度约束系统稳定性,初步给出参数选择范围。其次,定义了表征基波电流跟踪性能和直流抑制效果的3个指标,通过客观赋权法得到目标函数后在选择范围内进行优化参数求解。最后,通过样机实验对比不同控制参数下的控制性能,验证了优化参数的有效性。最终结果表明,所提参数优化过程简单明了,能够客观地权衡直流分量抑制效果和进网电流跟踪能力。     

一种适用于小功率可再生能源的单相高频双Buck全桥并网逆变器

提出一种适合小功率可再生能源并网发电应用的单相高频双Buck全桥并网逆变器。基于全碳化硅(Si C)功率器件,逆变器工作频率可达100k Hz,有效减小了电感体积,同时使并网电流纹波降低。进一步分析逆变器的控制策略:采用电压电流双环控制,在电流环利用一种三极点三零点(3P3Z)控制器使得受控并网电流快速跟踪电压环产生的电流给定,并采用一种简单线性化算法快速产生控制占空比信号,实现高频变换;电压环采用双极点双零点(2P2Z)控制器,在产生电流内环给定幅值的同时,控制输入侧直流母线电压稳定在电压给定值,使得逆变器能够向电网传输能量的同时维持母线电压恒定;逆变器采用一种二阶广义积分软件锁相环(SOGISPLL)产生与电网电压相位相同的相位信号。最后,通过实验样机对逆变器理论分析的有效性进行了验证。     

基于氢储能的主动型永磁直驱风电机组建模与并网控制

针对风电并网功率波动性及高渗透弃风现象,采用共直流母线主动型永磁直驱风电机组结构,建立基于氢储能的永磁直驱风电机组模型,并提出变流器与功率管理协调控制策略。永磁同步发电机与电解槽、燃料电池、蓄电池组汇集直流母线,考虑电解槽需电制氢、燃料电池需氢发电等特性,利用变流器协调控制及功率管理策略,实现风电功率波动抑制、降低风电弃风比例、风电绿色并网。通过PMCAD/EMTDC仿真平台,证明了模型及其控制策略的有效性,有利于风电高渗透并网运行。     

基于LCL滤波器的并网逆变器控制策略研究

针对基于LCL滤波器的三相并网逆变系统,首先给出了三相并网逆变器的数学模型,同时分析了LCL滤波器参数设计的限制条件以及步骤,然后在分析传统电容电流反馈有源阻尼法的基础上,以进一步减少系统传感器为目的,提出了一种并网电流反馈及电网电压前馈的控制策略。最后,为了验证提出的控制策略的有效性和可行性,搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型并进行仿真,仿真结果表明:该控制策略不仅可以使系统获得高质量的并网电流,并且能减少传感器的数量,节约了系统成本。     

基于闭环锁频控制的并网逆变器孤岛检测方法

孤岛检测是分布式并网领域中研究的前沿问题之一。针对传统被动式检测方法检测盲区较大以及当前无盲区被动式检测方法控制算法复杂的问题,通过分析闭环锁频控制中实现频率跟踪的原理,研究闭环锁频控制的并网逆变器的高频阻抗特性,讨论各种孤岛情况下的负载阻抗特性,提出了一种新的被动式孤岛检测方法,该方法直接采用闭环锁频控制方法的输出频率,通过加入高频段阻抗检测防止了孤岛的发生。仿真和实验结果表明,所提出的被动式孤岛检测方法能够迅速准确地检测出逆变器断网情况,消除检测盲区,并且避免了控制算法复杂的问题。     

针对电网阻抗的大型光伏并网系统稳定性分析与提高策略

大型光伏并网系统中,一般采用多逆变器并联结构来提高总的光伏并网系统的容量。由于光伏电站的结构特点,随着并网容量的增加,电网阻抗值相对于某一个光伏发电单元而言将会被等效放大,从而导致逆变器控制策略失效且并网失败。文中在光伏并网系统开关平均模型的基础上,详细分析了电网阻抗对于逆变器输出电压和电流的影响,并针对电网阻抗导致的光伏并网系统的不稳定现象,采用虚拟阻抗思想,通过输出电流反馈,实现指令电流与输出电流的协调配合,等效消除电网阻抗对并网电压稳定性和并网电能质量的影响,从而保证系统的稳定运行。最后,通过仿真分析和试验验证了理论分析的正确性。     

预测电流控制双开关型双Buck并网逆变器

双Buck逆变器具有可靠性和效率高的优点,常被用作新能源发电和不间断电源的解决方案。双Buck逆变器存在输入电压高、双极性调制的缺点,采用双开关型双Buck逆变器消除这些不足,双开关型双Buck逆变器主要采用滞环电流变频控制,谐波频谱宽、滤波器设计困难,对功率器件的开关速度要求高;为此,采用SPWM控制方式实现逆变并网,使谐波频谱固定易滤除;同时通过预测电流控制策略消除电网电压扰动,提高逆变器的性能。最后通过PSIM仿真验证了理论分析与设计的可行性。     

基于模态分析的风电场并网谐波谐振研究

针对风电场并网时易发生的谐波谐振问题,采用模态分析法对风电场并网系统的节点导纳矩阵进行解耦处理,并通过特征值分解确定其谐振频率、谐振中心等相关信息。首先建立并网LCL逆变器等效诺顿模型和电网等效模型,基于已建立模型,采用模态分析法分析风电场并网谐振现象并给出各节点谐振参与因子、谐振中心等谐振信息。基于仿真平台PSCAD按照某99 MW风电场参数搭建实例仿真模型,在验证模态分析法可行性的同时,深入研究随着风电场集电线路长度和风机并网台数改变时的并网谐振各节点参与因子与谐振中心的变化规律。     

计及风电不确定性的含UPFC电力系统的两阶段最优潮流

风速具有随机性和不确定性,大规模风电场的并网会影响电力系统的稳定性,而统一潮流控制器(UPFC)具有实时潮流控制能力,有利于系统稳定。建立计及风电不确定性的含UPFC的最优潮流模型,由日内滚动调度和实时调度两阶段组成。日内滚动调度阶段不考虑风电出力预测误差,制定机组出力计划,优化运行成本;实时调度阶段根据风电出力预测误差调节UPFC参数,实时修正运行计划,并进行潮流优化,以保证系统安全可靠。以IEEE 14节点系统和某实际系统为例进行算例分析,结果表明,所提模型可以通过UPFC的参数控制有效减少风电预测误差带来的影响,从而提高系统的经济性和安全性。