多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

无需互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略

通常直流微电网通过双向DC-AC变流器与交流电网互联,并利用该变流器控制直流母线电压恒定,维持系统内功率平衡。若发生交流电网故障、DC-AC变流器限流运行或故障退出等工况将导致直流微电网失去功率平衡单元,而仅依靠其上层能量管理和集中控制系统,无法快速实现系统内的功率协调控制,影响系统稳定运行。为此,提出一种基于无互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略,使系统中各单元具备即插即用功能。直流微电网在不同运行状态下,系统中任一单元根据公共直流母线电压信号平滑切换其接口变流器控制模式。各单元在切换过程中不仅保持控制结构不变,而且根据当前运行状态自适应地调整其下垂曲线,在主动参与直流电压调节和系统功率平衡的同时,能保证系统中多个功率平衡单元(尤其是储能单元)之间的功率合理分配。最后在包含光伏、储能单元、双向DC-AC变流器和直流负荷的典型低压直流微电网中,通过Matlab-Simulink仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略

基于多端直流输电将多个异步交流电网联接形成的直流互联系统受到广泛关注，异步互联系统频率响应控制是实现异步电网之间运行储备共享、发挥多端直流功率支援能力的重要手段。分析了基于经典下垂控制的频率响应控制模型结构及其频率电压互耦合特性。从控制结构、参数自适应变化、系统协调方法和功率优化分配等角度提出一种考虑解耦功率优化分配的多端混合直流互联系统频率响应控制策略，采用全局频率控制方案，并进一步建立功率优化分配模型来提高频率控制的经济性和低碳性。最后，仿真验证了在强、弱交流系统负载突变和换流站因故障退出运行等情况下直流互联系统的响应特性，所提策略能够消除耦合影响，换流站出力分配更为合理且能大幅提高弱交流系统的频率稳定性，能够为多端直流互联系统频率控制的进一步研究提供参考。     

多互联变流器并列运行的交直流混合微电网功率分层控制

针对多互联变流器并列运行的交直流混合微电网,分析了其运行特性与功率平衡关系.提出了交直流混合微电网功率分层控制。为保证子网间的功率平衡及电能质量,建立了直流电压、交流频率与子网间交换功率的数学联系,并将工作区间分段,避免互联变流器的频繁动作;为实现交换功率在互联变流器间的最优分配.以多个互联变流器综合传输效率最大化为优化目标.进行功率的协调分配。PSCAD/EMTDC仿真结果表明.在并网和离网2种运行模式下,交直流子网功率交换层都能够快速地调节直流微网与交流徽网之间的交换功率.互联变流器功率协调层都能够准确地进行功率分配,验证了分层控制策略的可行性。     

直流微网双向DC/AC变流器的协调控制

直流微网并网运行时,常通过多个双向DC/AC变流器实现与大电网的互联.为实现该工况下系统稳定运行并解决多台双向DC/AC变流器并联功率分配问题,提出了一种双向DC/AC变流器的交流功率-直流电压下垂控制方法.该方法通过测量变流器交流侧有功功率,按照预设下垂曲线调节直流侧电压指令值,实现直流微网与电网功率双向流动,以及多...     

考虑储能系统调度的交直流混合微电网中互联变流器容量配置

互联变流器是交直流混合微电网中交直流两侧进行功率交换的关键设备,有协调分配交直流两侧功率和提高系统电能质量的作用,在微电网设计阶段,确定互联变流器的配置容量是工程建设的关键环节。文章针对交直流两侧分布式电源、储能系统及负荷在抽样时刻的状态,基于两侧储能系统的灵活调度分析了网间互联变流器的功率流动情况,得到抽样时刻互联变流器的理论传输功率约束。从经济性和电压偏差2个方面建立交直流混合微电网中互联变流器的双目标容量配置模型,采用多目标粒子群算法对其进行求解寻优,得到互联变流器的最佳容量。最后,通过MATLAB编程进行实例验算,验证了所提模型及求解方法的有效性。     

基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术

城市配电网的多回交流馈线通常采用闭环接线、开环运行模式,不具备线路相互之间的可控功率支持。利用背靠背多端换流器将多回10 k V线路柔性互联,可以将传统配电网的开环运行模式转变为闭环运行模式。本文针对采用直流配电中心柔性互联的多回10 k V线路,提出了一种基于负载均衡策略的直流功率实时调制技术,即利用馈线有功功率分配系数实现有功功率偏差控制,实现了多回线路之间的负载均衡。通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建了一个含四端混合式子模块MMC的交直流柔性互联配电系统,并在主从控制的基础上,利用基于负载均衡策略的功率调制技术、改进了直流配电中心的控制策略。仿真结果表明,在减少系统负荷测量点的情况下,所提直流功率调制策略能跟随负荷的波动实时平衡馈线之间的负载,提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。     

光照不均时独立输入串联输出型光伏升压DC-DC变流器组合电平法均压稳流控制

在光伏直流汇集系统中,光伏侧独立输入的DC-DC变流器通过输出侧级联可提升电压等级,但光照不均时,级联DC-DC变流器输出侧存在电压不均衡的问题。在DC-DC变流器级联输出侧设置均压单元可实现输出侧电压均衡,但均压单元的引入会显著增加直流汇集系统的输出电流纹波。为此,提出对均压单元采用移相组合电平法的调制策略,通过控制级联DC-DC变流器均压单元间的电压相移,使级联输出侧电压更接近直流电网电压,进而减小输出电流纹波;之后,引入LC滤波器来滤除级联输出侧的电压尖峰,以保证级联输出侧电压稳定;最后,将所提控制策略应用于光伏直流汇集系统进行仿真。结果表明:该策略能够在实现输出侧电压均衡的同时,有效减小并网电流的纹波。论文研究可为光伏直流汇集系统的稳定运行和功率优化提供一定的理论依据。     

混合微电网多互联变换器并联的功率协调控制

针对交直流混合微电网中多个互联变换器并联的功率协调问题,提出一种新型自主协调控制策略,实现交、直流微电网的功率平衡及接口变换器之间的功率均流,提高功率传输效率。该策略不仅可以减少微电网间不必要的功率流动,而且能解决线路阻抗、互联变流器容量差异等因素导致的功率分配不均和环流的问题。首先分析了传统下垂控制存在的问题及下垂系数与传输功率的函数关系,然后引入交、直流母线电压初始值和传输功率量,基于此设计了互联变换器下垂系数自适应调节的控制策略,实现互联变换器之间流动功率按比例均分。最后通过实验验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。     

蜂巢状有源配电网中多端口能量枢纽控制策略

作为一种适应高比例分布式新能源接入的新型配电网架构,蜂巢状有源配电网利用多端口能量枢纽(multi-port energy hub,MEH)可实现多微电网/配网单元间功率的互联互济,如MEH中包含储能设备,可以进一步提升新能源利用率和电网可靠性。文中提出一种含储能的MEH及其分层协调控制策略。上层控制根据储能系统的荷电状态和配电网运行状态协调控制储能变流器与各并网端口变流器之间的功率分配,使得MEH在平抑新能源波动、配网故障恢复等运行模式下均能够对内部储能系统进行能量管理。下层控制通过将储能变流器有功功率的微分值反馈至储能系统控制环路进行补偿,提高储能变流器输入/输出有功功率响应速度。文中设计了MEH控制系统关键参数,利用MATLAB/Simulink对MEH在配电系统中的应用进行仿真。不同工况下的仿真对比验证了所提分层协调控制策略的有效性,证明该策略能够延长储能系统工作时间,提高储能系统有功功率变化率,减小直流母线的电压波动。     

独立光储直流微电网分层协调控制

针对独立运行的光储直流微电网,提出分层协调控制策略。第一层控制光伏和储能系统等单元独立运行,且各单元变流器可依次对母线电压进行自动调节。采用自适应下垂控制协调多组储能来稳定母线电压并根据最大功率和荷电状态自动协调不同储能电池之间的负荷功率分配。当独立直流微电网中所需储能系统充电功率超过其最大允许功率时,光伏系统由最大功率跟踪控制切换为下垂模式控制母线电压稳定,且不同光伏单元可根据各自最大功率自动分配负荷功率,同时采用电压前馈补偿控制动态调整下垂控制器的参考电压将母线电压提升至额定值。为了提高运行效率并增强直流母线电压的稳定性,第二层控制根据母线电压协调不同变流器的工作方式,确保不同工作模式下均有变流器根据电压下垂特性控制直流电压来维持系统内的有功功率平衡。最后在Matlab/Simulink搭建仿真模块,分别验证在三种不同工作模式下所设计分层控制策略的有效性。仿真结果表明,该分层控制可实现独立直流微电网的稳定运行。     

考虑电网分时电价的直流微电网分层协调控制

针对无通信条件下低压直流微电网的分布式控制,提出了一种考虑电网分时电价的分层协调控制策略,将储能单元的剩余充放电功率与电网电价相结合,通过比较电池的充放电成本和电网电价,采用低价购电、高价售电的策略,以降低系统的运行成本。该策略将直流微电网的控制系统分为3个层次。其中,底层变流器控制层和中层母线电压控制层能够在保持各单元控制结构不变的情况下,根据公共直流母线电压平滑调节各单元输出功率,实现直流微电网的分散自治运行;上层功率调度层通过获取交流电网侧的分时电价信息,改变并网DC-AC变流器的实时运行状态,从而充分利用储能单元的剩余功率,提高系统运行的经济性。该策略下,系统中各组成单元均采用分布式控制结构,在保证多个电压控制单元间功率合理分配的同时,实现变流器"即插即用"的功能。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

基于非线性干扰观测器的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网母线电压控制问题,设计一种应用于DC-DC双向变流器直流母线电压控制系统的非线性干扰观测器,在不需要增加额外电压/电流传感器的情况下即可实现对系统内扰动的快速跟踪,有利于直流微电网内分布式电源和负荷的扩展和即插即用;进一步提出基于该非线性干扰观测器输出结果的前馈控制方法,以有效抑制暂态直流母线电压波动和冲击。若直流微电网中存在三相不平衡交流负荷或通过单相DC-AC变流器并入交流系统等,将导致直流母线电压中存在二倍频脉动分量,进而使控制直流母线电压的DC-DC变流器电感电流中含有该低频纹波分量,影响系统稳定性。为此提出在上述直流母线电压控制方法基础上引入基于二阶通用积分环节的带通滤波器,以有效抑制DC-DC电感电流中的低频脉动分量。最终在包含直流模拟电源、直流负荷、由DC-AC接入的三相不平衡负荷及双向DC-AC变流器构成的直流微电网实验平台中验证了所提方法的有效性。     

交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标，2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器（VSC）进行直流互联。在功率双向流动系统中，定功率控制模式下变流器作为功率负载时，其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性，进而减小系统阻尼，容易让系统失去稳定。针对该问题，提出一种多阻抗优化控制方法，不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗，还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化，减小两侧阻抗的相位差，多角度增强系统的稳定性。首先，对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次，对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后，分析了多阻抗优化控制的工作机理，并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据，对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明：提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化，不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正，还可以减小直流侧阻抗间的相位差，使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。     

分布式多变流器型微电网无互联线潮流控制

当储能系统接口变流器的视在功率一定时,分布式多变流器型微电网系统内无功功率需求越大,储能系统对电源与负荷之间有功供需平衡的调节能力越弱。针对该问题,提出了一种无互联线潮流控制方法。该方法利用微电网系统内所有潜在的分布式无功补偿源提供负荷所需无功,以期减小储能系统功率调节压力。并通过下垂控制与倒下垂相结合的方法来实现电压控制模式与电流控制模式变流器间功率的合理分配。同时,分析了影响功率分配精度的因素,提出基于虚拟阻抗与自适应空载电压补偿相结合的方法改善无功功率分配精度。最后通过实时硬件在环平台验证了所提控制策略的可行性。     

基于一致性理论的直流微电网混合储能协同控制策略

储能系统在直流微电网内部功率平衡和安全稳定运行中发挥了重要作用。受到当前技术限制,蓄电池–超级电容器组成的混合储能系统更能经济有效地满足微电网对功率型和能量型储能的需求。基于一致性理论的分布式控制方法有效解决了下垂控制带来的电压偏差和分配精度问题,然而目前的研究大多针对于多组单一种类储能系统,未能考虑不同类储能间的功率分配问题。该文基于一致性理论提出一种多组混合储能控制策略,通过设置母线电压和超级电容器端电压控制环实现功率在不同类储能间的分频分配,并有效提升直流母线电压水平。同时,借助于一致性控制算法对超级电容器间功率和蓄电池间功率进行合理分配。理论分析结果证明所提控制策略的稳定性和有效性。在PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果表明,所提的混合储能控制策略能够实现储能组内和组间的协调控制。     

多端电压源型直流互联系统频率稳定性控制策略

以提高电压源型换流器多端直流互联系统的频率稳定性为目的,提出了一种适用于多孤岛电网换流站共同参与主网频率调节的多端协调控制策略。该控制策略首先是根据互联系统的数学模型,利用非线性鲁棒控制中的反馈线性化H∞方法设计出了各孤岛电网换流站直流功率调节量的控制律。然后考虑各孤岛电网自身频率波动情况,利用单纯形法滚动优化直流功率调节量控制律中的直流功率分配系数,从而得到最优分配的直流功率调节量,保证了各换流站以最优直流电压斜率控制协调参与主电网的频率稳定调节过程。最后,在PSCAD/EMTDC中以三端柔性直流互联系统为例,通过与常规控制策略进行对比仿真,验证了所提控制策略的正确性和优越性。