交直流混合微电网中双向变换器改进下垂控制研究

提出1种利用直流侧功率量进行控制的交直流混合微电网双向变换器改进下垂控制策略,该控制策略能在整流、逆变、空闲模式自主平滑切换。改进下垂控制策略满足孤岛和并网2种运行模式,省去了多种控制策略切换。利用直流侧功率量控制避免了归一化运算,减少了由于直流母线电压和交流频率小范围波动引起的电力电子器件频繁动作。仿真结果表明,该控制策略可将直流母线电压和交流频率维持在额定值附近,保证交直流混合微电网稳定运行,提高系统可靠性。     

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.     

孤岛交直流混合微电网群分层协调控制

针对孤岛运行的交直流混合微电网群提出分层协调控制策略。首先设计分布式发电单元(DPDG)与储能单元底层控制,自适应调节交流子网频率与直流子网电压,保证各交、直流子网的独立稳定运行。同时考虑到直流子网中恒功率负荷(CPL)的影响,进一步对各DPDG单元设计P-V~2改进下垂控制,减小传统下垂控制产生的直流母线电压偏差。进而考虑各储能单元充放电能力不同,设计基于荷电状态(SOC)的动态一致均衡控制,确保储能子网协调优化运行。然后基于直流子网电压和交流子网频率信号,构造功率自治级、功率互济级和储能平衡级三级控制切换策略,实现子网间功率互助并减少系统的功率损耗。最后基于Matlab/Simulink搭建了混合微电网群仿真模型对所提控制策略进行了验证。     

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。     

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。     

基于谐波注入法的互联变流器功率偏差控制

混合微电网(HM)中线路阻抗的存在会导致连接交、直流子网两侧的互联变流器(ILC)传输功率偏离实际值,影响HM的稳定运行。为此,这里提出了一种基于谐波注入法的ILC控制策略。该策略首先通过向ILC中注入一幅值较小的电压谐波信号,该注入的电压谐波信号频率与母线电压保持一定函数关系。然后通过ILC侧检测注入的谐波频率,并根据ILC传输的有功功率、电压及线路阻抗的关系获得线路阻抗。其次在获得线路阻抗的基础上进行线路压降补偿,从而降低了ILC传输功率的偏差。最后基于StarSim搭建实验平台验证了所提方法的可行性。     

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.     

基于固态变压器的交直流混合配电系统协调运行控制策略

基于固态变压器(solid state transformer, SST)的交直流混合配电系统对于大规模消纳可再生能源具有重要意义,可靠的控制策略是保障混合配电系统稳定运行的关键。提出了基于SST的交直流混合配电系统协调运行控制策略,子网内“源、储、荷”的控制策略可自主实现子网内部的功率平衡;低压级能够维持低压交流母线电压,并实现交直流子网的互济互助;隔离级耦合中压直流母线与低压直流母线,支撑中压直流母线电压;中压级能够构建中压交流母线电压,实现低压级与中压级的互相支撑,并且在离网和并网时均采用电压源输出形式,无需切换控制策略,配合预同步控制实现模式间的无缝切换。RTDS仿真结果表明,系统可采用统一控制策略,无通信实现基于SST的交直流混合配电系统的功率协调与多模式间无缝切换,验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

可变拓扑的改进型交直流混合微电网

为提高配电网非理想工况下并网的交直流混合微电网(HMG)的运行性能,提出一种可变拓扑的交直流HMG及其控制策略。首先,在HMG交流母线与配电网之间插入了串联补偿变压器(SCT),并设置对应的双功能变换器在并网运行时控制SCT实现电压补偿,而在孤岛运行时用作HMG交直流母线接口变换器。其次,在分析电路拓扑和工作模式的基础上,设计了双功能变换器与交直流母线接口变换器的解耦协调控制策略。最后,仿真和实验结果表明,在配电网电压波动、暂降和暂升工况下,所提方案能够使HMG交流母线电压保持稳定,提高了HMG的故障穿越能力和供电质量。     

交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略

并网逆变器作为电能馈送电网的重要环节,其控制方式尤为重要。提出了一种适用于交直流双向功率变换器的改进下垂控制方式,可在整流、逆变及停机模式间自主切换。控制系统根据直流母线电压值判断系统运行状态,并启动交直流双向功率变换器工作在与系统匹配的工作模式,实现直流微电网与大电网的能量交换,同时避免了由于直流母线电压小范围波动引起的电力电子器件频繁动作。仿真及实验结果表明,该控制系统可维持直流微电网母线电压在额定值附近小范围波动,保证了微电网系统稳定运行,提高了系统可靠性。     

孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算

交直流混合微电网包含交流子系统、直流子系统及连接2种子系统的互连变换器(interlinking converter,ILC)。针对下垂协调控制策略下孤岛运行交直流混合微电网的潮流计算,提出基于带新型线性搜索三步LM(three-steps Levenberg Marquardt algorithm with a new line search,NTLM)算法的交替迭代方法。首先分析ILC装置的控制方法,建立其节点潮流模型;结合提出的3种直流节点类型和4种交流节点类型,建立交、直流子系统的统一潮流模型。然后提出NTLM算法求解统一潮流模型,在此基础上,进行交、直流子系统交替迭代潮流计算,得到交直流混合微电网的潮流解。最后,通过改造的孤岛运行交直流混合微电网系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。     

双向功率变换器自治运行控制策略

双向功率变换器是交、直流混合微电网中的关键设备。本文在分析低压微电网下垂特性的基础上,提出一种双向功率变换器自治运行控制策略,针对交、直流母线电压性质不同的特点,根据子网电压允许波动范围,分别对其进行了归一化处理,并以交、直流子网实时负载率相同为准则,设计了双向功率变换器有功-电压控制环。为使交流子网频率稳定,在充分利用双向功率变换器剩余容量前提下,设计了变换器无功-相角控制环。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够实现交、直流子网间功率双向平滑传输,维持子网母线电压及频率稳定,确保低压交、直流混合微电网自治运行。     

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统潮流控制策略研究

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统由交流子网、直流子网与连接交直流母线的双向AC/DC潮流控制器组成。文章分析了交流子网与直流子网的下垂控制特性,提出交流子网与直流微电网中电源下垂系数选取方案,以达到2种类型子网电源根据其容量成比例进行功率分配的目的。提出了一种双向AC/DC潮流控制器控制策略,使整个交直流微电网的电源按其容量成比例的出力供应负荷需求,确保整个微电网不会因单个电源过载而引起故障,同时提高了维持交流频率和直流电压稳定的能力。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略有效性。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

交直流混合微电网中直流母线电压纹波抑制方法

在交直流混合微电网中,若汇入直流母线中的功率瞬时值中含有纹波分量(如三相不平衡交流负荷、交直流微电网互联功率存在不平衡有功功率分量等),均会导致直流母线电压出现纹波分量,严重时会影响系统供电电能质量和可靠性。为此,提出基于直流有源滤波器(DC active power filter,DC-APF)的直流母线电压纹波抑制方法,主要由直流电压纹波抑制、直流有源滤波器输入端电容电压控制以及电流闭环控制3部分构成。阻抗分析方法表明所采用的控制参数设计方法能保证拟抑制纹波频率处直流有源电力滤波器输出阻抗远小于直流微电网中其余单元的输出阻抗,从而能消除或减小直流纹波电压。此外,基于所提方法,还可实现多直流有源滤波器即插即用与并联运行。最后在Matlab/Simulink中搭建了含直流型分布式电源、交直流双向DC-AC变流器、直流负荷以及两台直流有源电力滤波器的交直流混合微电网仿真模型,建立了相应的实验平台,数字仿真和实验结果均验证了所提方法的有效性。     

孤岛微电网中制氢负荷谐波功率分配策略

制氢与微电网相结合是实现新能源高效消纳的重要途经之一。实际微电网的负荷优先级和电压质量要求存在差异，而制氢负荷接入会引入谐波功率，通过互联变换器(ILC)与高优先级直流子网相连，会出现直流母线多倍频脉动，其本质是谐波功率分配问题。目前已有功率分配策略大多致力于均分，忽略了高优先级子网的电压质量需求。为此，建立优先驱动的ILC功率协调控制模型，优化目标是使子网的总直流电压/交流频率偏差最小；建立制氢负荷模型，推导得到谐波视在功率的简化公式；基于谐波功率、子网优先级系数和谐波阻抗重塑理论，提出谐波功率在ILC和交流子网之间的自适应控制策略。通过硬件在环实验验证了所提策略的有效性。     

基于EEMD的混合储能平抑光伏输出电压波动

随着光伏发电和直流微电网的发展,以光伏电池作为主要电能来源的直流微电网将会有更多的研究应用, 然而光照强度和温度等变化使得光伏电池输出功率波动,这将引起直流母线电压剧烈波动,威胁直流微电网的安全稳定运行.针对光伏输出功率导致的母线电压波动问题,提出基于聚类经验模态分解 (EnsembleEmpiricalModeDecomposition,EEMD)进行频率分配的混合储能系统控制策略,将光伏原始输出功率中的高频分量作为超级电容响应的指令功率,提升了混合储能对电压波动的抑制效果,维持直流母线电压稳定.仿真试验结果表明,所提方法能够发挥超级电容响应速度快的优势,使超级电容响应高频波动功率,平抑直流母线电压波动,同时减少蓄电池充放电次数,延长蓄电池的使用寿命。     

孤岛模式下新型交直流混合微网互联变流器控制策略

为了实现孤岛模式下交直流子微网之间功率合理互助互济,提出了一种孤岛模式下的协调混合微网系统的功率分配策略。首先分析了微电网的拓扑结构得出了可表征功率传输参考值的特征量,并根据该特征量将系统方式运行方式分为ILC空闲控制段与ILC工作控制段,对运行阶段的切换条件进行了合理的设计;其次,设计了基于交流侧母线电压和直流侧电压反馈的功率反馈算法用以实现功率互济互助目标。最后,在MATLAB中搭建了仿真模型。仿真结果表明,利用文中所提的功率互助策略,交直流子微网能够根据自身条件承担系统的功率波动且保证系统整体的稳定运行,且仿真中ILC功率变化响应时间小于50ms,控制策略具有较高的动态响应。     

基于一致性算法的独立直流微电网分层协调控制策略

针对独立运行的直流微电网,提出了一种适用于含光伏和储能的分层分布式协调控制策略。多个储能单元采用分层控制方法以维持直流母线电压的稳定,第1层控制采用适应性下垂控制方法,下垂系数可根据储能电荷状态和额定功率进行自适应调整以平衡蓄电池的荷电状态;第2层控制采用基于离散一致性算法的二次电压恢复和电流均分控制,仅通过与邻居节点间的通信实现母线电压调节和电流均分。为实现储能和光伏协调控制,光伏单元不仅能自动改变控制模式以保证直流微电网功率平衡,还能根据储能单元运行状态参与直流母线电压的二次调节,使直流母线电压恢复到额定值附近。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制

为了确保配网故障时直流微电网群的稳定运行,本文根据子微网的运行工况,将微网划分不同的运行模式,提出一种基于储能自适应下垂控制的协调控制策略来确保母线电压稳定。该策略通过微网中央控制器实时检测公共直流母线电压波动控制各子微网间并联或独立运行,从而来维持各子微网直流母线电压稳定。同时,采用自适应下垂控制协调并联运行的子微网中储能单元根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率。利用MATLAB/Simulink搭建直流微电网群仿真模型,仿真结果表明该策略可协调直流微电网群母线电压稳定并可自动分配不同储能单元之间的负荷功率。