双极性直流微电网混合储能系统协调控制策略

为了稳定双极性直流微电网中由于分布式电源和负荷接入导致的功率波动,提出一种适用于双极性直流微电网的混合储能系统(HESS)控制策略。首先,根据双极性直流母线特点,设计了双超级电容-锂电池混合储能架构;再由双超级电容器运行状态关系,以级联控制方式协调锂电池与电压平衡器工作,分别平滑锂电池输出电流,以减少电压平衡器频繁动作次数;同时,通过整定双母线电压参考值来调整双超级电容的自适应下垂曲线。实验结果表明:锂电池和电压平衡器能够对双超级电容运行状态做出正确响应;该控制策略可将各电压等级母线电压有效维持在允许波动范围之内,且实现双母线之间的多能互补。因此,所提制策略可进一步提高双极性直流微电网的电能质量和改善系统的工作效率。     

基于ESO的电压平衡器模型预测控制方法

为改善双极性直流微电网的电能质量,提出了一种基于扩展状态观测器的模型预测控制方法,用于电压平衡器中点电压平衡控制及输出电流的改善。首先建立平衡器的数学模型,并根据其传递函数中的负载扰动项,设计基于扩展状态观测器的模型预测控制,最终实现输出电流的跟踪控制。在负载切换情况下,与传统基于闭环结构的模型预测控制相比,该方法提高了系统的响应速度,抑制了电压平衡控制的超调量;与基于输出采样的模型预测控制相比,该方法不需要增加传感器,在有效抑制输出电流波动的同时,降低了系统成本。最后,通过搭建仿真与实验平台,进行仿真分析与实验验证,结果表明:所提方法显著提高了电压平衡器对双极性直流母线的调节性能。     

基于分布式协同的双极直流微电网不平衡电压控制策略

双极直流微电网正、负极直流负荷的变化会导致直流母线电压偏离额定值,使正、负极电压出现不平衡,由此产生的不平衡电流还会增加网络损耗.为协调不同分布式电源参与直流微电网的不平衡电压控制,控制电压不平衡度在合理范围内或某一限定值,保证系统的稳定运行,该文以电压下垂控制作为一次控制,再基于一致性理论和电压不平衡度与正、负极电压...     

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。     

基于离散一致性算法的直流微电网电压控制策略

直流微电网中由于虚拟电阻和线路阻抗分布不均,使得传统下垂控制无法满足直流电压稳定的要求。采用基于离散一致性算法的直流微电网电压控制策略,各发电单元采用相邻通信,根据系统电压迭代后的均值修正直流母线电压的参考值,从而补偿由下垂控制引起的电压降落。光伏电池采用最大功率跟踪控制,蓄电池采用带有电流阈值的恒压控制,在维持母线电压恒定的同时,防止端口电流过大缩短蓄电池的使用寿命,从而实现直流微电网的稳定运行。在MATLAB/Simulink中搭建了光-储直流微电网模型,当环境条件或负荷变化时,微电网能保证直流母线电压恒定以及有功功率平衡,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。     

基于附加电压平衡器的可再生能源直流制氢装置接地环流抑制方法

针对多台制氢装置并联运行接地环流问题,该文提出附加电压平衡器硬件解决方案,将接地环流抑制问题转化为输入和输出电压中点平衡控制问题。建立碱式电解槽、三相交错并联变换器以及电压平衡器的数学模型。针对采用传统下垂控制的电压平衡器输出正极和负极电压存在偏差问题,提出分布式二层控制。为了提升系统电能质量和动态响应速度,在电压平衡器和三相交错并联变换器小信号控制模型的基础上分别提出输出中线电流和输入/输出电压前馈控制策略。最后,搭建仿真模型和基于RT-LAB硬件在环实验平台,对所提出算法和传统方法进行仿真和实验研究。仿真与实验结果验证所提出控制策略的有效性和可行性。     

适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器

双极性结构低压直流配电系统具有负荷灵活接入、运行可靠性高等优势.为了最大限度地减少功率变换级数并提升双极母线电压平衡能力,提出了一种适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器.首先,介绍了自平衡隔离型DC-DC变换器的拓扑结构与调制策略,并分析了不平衡负载情况下正负极性直流电压自平衡机理及其换流过程;然后...     

一种适用于高可靠性直流配电网的电压平衡器

随着太阳能、风能和地热能等新能源发电装机容量快速增长,直流用电设备种类日新月异,直流负荷的高速增长,引起了国内外学者对直流配电网的广泛关注。在直流配电网拓扑结构的选择上,采用双极性直流母线的配电方式在直流系统中具有很大的优势。双极系统中正、负直流母线相电压在负荷不平衡时需要电压平衡器来维持。提出了一种适用于诸如航天电源、数据中心等对可靠性要求较高场所的电压平衡器,可以避免传统电压平衡器开关管直通的危险,并可使正负极负载电流连续,方便滤波。对所提电压平衡器建立小信号状态模型,基于对数学模型的分析设计开关管控制策略。最后利用仿真软件对不用工况进行仿真,验证了理论的可行性。     

面向直流微电网的电压平衡器拓扑结构研究

作为一种节能高效的直流配电形式,双极性直流母线配电在低压直流配电系统中具有较大的应用优势,电压平衡器在其中扮演着重要的角色。电压平衡器一方面实现了单极性配电向双极性配电的转化,另一方面也解决了正负极性母线间的功率不平衡问题。该文首先分析了现有的电压平衡器拓扑结构研究成果;然后归纳出了电压平衡器的形成方法,提出了Cuk型电压平衡器、Super-Sepic/Zeta型电压平衡器和交错并联Buck/Boost型电压平衡器;最后通过仿真验证了所提出拓扑结构的正确性,通过两相交错并联Buck/Boost型电压平衡器实验平台验证了所提出的交错采样交错平均电流控制策略良好的均流效果和动态响应速度以及平衡器优异的双极性母线配电效果。     

直流微电网电压平衡器的控制策略

提出了一种适用于直流微电网负荷不平衡的电压平衡器控制方法,为直流微电网系统用户端提供稳定可靠的直流供电。根据电压平衡器主电路拓扑结构,通过状态空间平均法对其建立小信号模型,在电路模型分析的基础上引入PWM控制技术,采用 PI环节实现输出电压的平衡控制,保证平衡器输出端的稳定,抑制负荷扰动对直流输出电压的影响。利用MATLAB仿真软件搭建了15 kW的实验样机,并在负荷变动的情况下对电压平衡器进行仿真验证。仿真结果表明了理论的正确性及所提出控制策略的有效性。     

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。     

考虑不同容量的储能单元荷电状态均衡研究

随着直流微电网的快速发展,分布式储能单元(DESU)并联下垂控制技术得到了高度重视.针对直流微电网DESU下垂控制中荷电状态(SOC)均衡及负荷电流分配问题,在传统I-U下垂控制的基础上,提出了一种考虑不同容量的储能单元SOC均衡策略.通过在下垂系数中引入相对容量因子,消除不同容量对SOC的影响,实现充放电过程中SOC均衡;同时增加电压均衡器以解决直流母线电压偏离额定值问题.实验结果表明:所提方法实现了不同容量储能单元的SOC均衡、负荷电流按比例分配及母线电压偏差小的目标,有利于系统高效稳定运行.     

基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略

提出一种基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略。由于新能源具有波动性并为了提高储能系统的供电可靠性，选择配置一定控制系统的多组储能来控制母线电压稳定。为了避免储能单元过充和过放并降低对通讯的依赖程度，根据储能单元荷电状态（SOC）及最大功率、直流母线电压设计自适应下垂控制自动调节不同储能单元之间的负荷功率分配。此外，设计前馈补偿控制器对下垂控制功率环参考电压进行动态校正以控制母线电压稳定。同时，该控制策略依据直流母线电压自动切换不同变流器工作状态，确保各工况下均有变流器控制直流电压稳定及系统源荷功率平衡。最后，利用Matlab/Simulink搭建仿真模型，结果表明所提出的直流微电网电压稳定控制策略可控制直流微电网稳定运行，各储能单元之间负荷功率可自适应动态分配，并减小了母线电压波动。     

直流微电网一致性简捷均功控制

多源均功、电池荷电状态均衡和直流母线电压稳定是直流微电网多源并联控制的3个重要研究问题，相互间存在紧密联系和多重约束。利用稀疏通信在相邻变换器间仅共享电流信息，以局部变量信息观测出全局平均电流和电压，降低通讯量和计算量。将观测均值作为反馈分别增设电流和电压二次调节器，并在下垂环节和电流二次调节中增加荷电状态收敛函数，使负荷电流随着荷电状态的动态均衡而实现合理分配。最后，实验表明该策略在仅通信电流信息情况下实现了直流微电网的荷电状态均衡、功率分配及直流母线电压稳定的三大控制目标。     

基于主动频率注入的直流微电网功率分配策略

针对传统下垂控制在母线电压稳定和输出电流精确分配上存在矛盾的问题,提出了一种基于交流小信号注入的直流微电网自适应虚拟阻抗控制策略.首先,在变换器输出直流电压上叠加低频交流小信号,使注入信号频率与输出电流产生下垂特性,并利用交流有功功率自适应调节虚拟阻抗.然后,设计了切换环节,稳态时切换为下垂控制,利用控制频率得到的稳态...     

基于模糊下垂控制的直流微电网电压稳定控制研究

随着电动汽车的普及和直流充电桩的广泛投入使用,直流微电网的稳定运行显得极为关键。在直流微电网中,当分布式电源出力或者负载发生突变时,采用合适的控制策略能有效地减小母线电压波动并维持系统的功率平衡。本文提出一种以蓄电池为主控单元的风光储直流微电网模糊下垂控制策略。该策略以直流母线电压偏差和蓄电池荷电状态为输入,通过模糊下垂控制得到下垂系数。最后在Matlab/Simulink仿真平台中搭建模型,并与含前馈的下垂控制进行对比,其结果显示,本文所提出的方法在超调量和调整时间上都优于后者。     

基于模型预测控制的直流微电网电压动态响应优化

基于下垂控制的直流微电网在负荷频繁投切时母线电压会急剧波动,严重影响直流电压的电能质量。直流电容可以阻碍直流母线电压的突变,但是过大的直流电容又会延长系统达到稳态的时间。提出了一种基于模型预测控制的直流微电网电压动态响应优化方法,在负荷突变时采用较大的虚拟电容减缓直流电压的变化,在动态响应后期采用较小的虚拟电容使直流电压快速达到稳态。首先给出蓄电池侧虚拟电容的工作原理,通过模型预测控制得到最佳的虚拟电容值,并作用于DC/DC换流器的虚拟电容控制上;其次设计了电流内环的模型预测控制器;最后比较了电流内环分别为PI控制和有限集模型预测控制时对直流母线电压动态响应的影响。基于RT-LAB建立了直流微网仿真模型,仿真结果验证了所提控制的有效性。     

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。     

基于多组储能动态调节的独立直流微电网协调控制

针对独立运行的直流微电网,提出基于多组储能系统动态调节的协调控制策略。孤岛运行模式下,分布式电源采用最大功率点跟踪(MPPT)控制,并选择配置多组储能来维持母线电压稳定。通过设计带有电压前馈补偿的模糊下垂控制动态调整负荷功率分配,实现不同储能单元荷电状态(SOC)的快速均衡,保证多组储能单元之间的协调运行,并可减小母线电压波动。当储能系统因满充等原因退出运行后,分布式电源由MPPT控制切换为下垂控制,并根据自身的最大功率自动调整负荷功率分配,确保重要负荷正常供电和微电网的安全运行。同时,在分布式电源下垂控制器的功率环节增加前馈补偿控制,减小该模式下母线电压波动。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提的控制策略可有效减小电压波动并能实现独立直流微电网稳定运行。