交直流混合微电网微元建模与控制

随着直流负荷的增多,传统的交流微电网已经不能满足系统负载多样性及经济性等方面的需求,交直流混合微电网逐步成为研究热点和难点。仿真研究中,分布式发电(Distributed Generation,DG)的随机性、时变性和非线性化特性,使得混合微电网中DG的建模和算法实现比较困难,DG与储能之间的协调控制亦是一个难题。为此,基于实际工程需求搭建了一种包含直流大电网的交直流混合微电网的系统结构,提出了相应元件的物理模型与控制策略,并在仿真平台下着重模拟了各微元在不同工况下的协同运行。仿真结果表明,所提出的交直流混合微电网结构合理,各元件的控制策略和性能良好,且整个系统具有较快的响应速度,很好地满足了系统安全稳定性要求。     

计及可中断负荷的交直流混合微电网运行优化研究

针对我国传统能源供应紧缺和可再生能源消纳不足问题,为保证可再生能源高比例利用率,抑制可再生能源间歇性引起系统功率波动,研究交直流混合微电网运行与优化具有重要研究意义和实用价值。交直流混合微电网通过电力电子变压器(power electronic transformer,PET)并网,考虑不同可中断负荷渗透率,通过建立混合整数线性规划(mix integer linear programming,MILP)模型,在不同交换功率下,实现系统运行优化。     

并网型交直流混合微电网优化配置分析

考虑到目前直流负荷逐步增加的现状,以及交直流混合微电网的发展趋势,文中建立了以降低单位发电成本、换流损耗,提高自平衡率为目标的并网型交直流混合微电网多目标优化配置模型。并针对该模型,提出了相应的交直流混合微电网运行控制策略。采用实际工程数据,通过改进非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了求解。得到了不同直流负荷比例下的交直流混合微电网优化配置结果,以及直流负荷比例增加对优化配置的影响,并将结果与传统交流微电网进行了对比,验证了所提出的优化配置模型和方法的合理性和有效性。     

交直流混合微电网一致性协调优化管理系统

考虑到分布式电源的高比例接入,交直流混合微电网的能量管理是分布式电源协调工作的必要手段。针对集中优化的鲁棒性和灵活性不足的缺点,根据交流子系统与直流子系统混联的特点,提出基于一致性算法的协调优化管理系统。该系统以可控单元的成本最低为优化目标,设置微增率为一致性变量,基于“一致性+调整项”算法分配可控单元的功率。下垂控制基于本地信息调整参数,维持系统的稳定性。典型交直流微电网算例仿真结果表明,所提交直流混合微电网一致性优化管理系统能经济分配功率,快速抑制电压与频率波动,具有良好的暂态与稳态性能。     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。     

独立交直流混合微电网电源优化配置

对交直流混合微电网中电源进行优化配置能够减少换流损耗,降低系统成本。针对独立交直流混合微电网特有的结构和能量流动方式,考虑能量传输效率,提出了改进的能量管理策略。优化配置模型以经济性最优为目标,综合考虑环保性和供电可靠性,采用改进的人工蜂群算法对模型进行求解,得到独立交直流混合微电网的分布式电源优化配置结果。最后,通过算例进行仿真验证,结果表明,交直流混合微电网相对于纯粹交流微电网和直流微电网能够降低系统运行成本,使用改进后的能量管理策略能得到经济性更优的微电网电源配置方案。     

交直流混合微电网源储协同优化配置

为提高交直流混合微电网运行效益,需要为分布式电源配置储能系统,以提高微电网对可再生电源的接纳能力。本文以交直流混合微电网为研究对象,提出电源与储能相协同的混合整数优化模型,以确定电源与储能的最优配置。以电源与储能投资成本以及涵盖发电成本与购售电费用的运行成本最小为目标,协同考虑电源与储能的时序动态特性,并计及交直流联络线功率传输损耗。基于Benders分解算法求解混合整数优化模型。算例分析表明,源储协同优化配置方案能够有效提高交直流混合微电网投资运行经济性,验证了本文所提模型的有效性。     

孤岛运行的交直流混合微电网小信号稳定性分析

与纯交流微电网相比,交直流混合微电网具有诸多优势,是目前的研究热点。当交直流混合微电网与大电网断开,孤岛运行时,由于各个分布式电源(distribution generation,DG)均是电力电子接口,系统惯性较小,而且交流侧与直流侧通过主变流器相互耦合,一侧的不稳定必然会影响到另一侧,因此,其小信号稳定性问题变得更为复杂。该文建立了包含DG、储能、负荷以及主变流器的交直流混合微电网模型,对其进行了特征值分析并找出了系统的主要振荡模式以及其阻尼比、所对应的状态变量等信息。通过根轨迹分析法,改变特定元件的参数,提高了低阻尼振荡模式的阻尼比,有效改善了系统的稳定性,并通过时域仿真对小信号分析结果进行了验证。     

计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行方法

为了提高交直流混合微电网优化运行的适用性,针对交直流混合微电网特殊的网架结构和电气特性,基于两层时间尺度建立了计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行模型。首先,在h级时段,利用日前风光出力、负荷水平预测数据来制定日前经济调度方案。然后,在实时15 min级时段,检测在日前h级调度方案下的不平衡功率偏差,制定不平衡功率调整计划,该计划能够最大程度降低调整费用或者提高调整收益。最后通过算例验证所提方法的有效性。     

新型交直流混合微电网拓扑及其可靠性分析

交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网的优点,是未来智能电网的发展趋势之一,而拓扑结构和可靠性研究是交直流混合微电网发展的基础。参考现有微电网拓扑结构,结合交直流混合微电网的构成和运行方式,提出了3类新型交直流混合微电网拓扑,分别是一对多型(一个交流微电网与多个直流微电网)、多对一型和多对多型,根据3类拓扑自身的特点,指出了各自的适用场景;基于配电网可靠性分析方法,考虑分布式电源接入和微电网孤岛运行,提出了交直流混合微电网的可靠性计算方法;通过算例,对比和分析了提出的3类新型交直流混合微电网拓扑的可靠性。     

交直流网络系统可靠性评估的Monte Carlo-FD混合法

在分析交直流网络系统可靠性说估计算条件的基础上,考虑到网络的实际运行情况,提出一种将可靠性研究的两种经典方法（邓模拟法和解析法）结合使用的新方法－－ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ－ＦＤ混合法,并对其可靠性等效模型作了深入研究。详细讨论了整个交直流网络系统的模拟方法,具体分析了计划检修的模拟和一阶、二阶三番五次２的判别方法,并区分了故障后潮流调整与否两种实际情况,阐述了网络系统可靠性状态分析的方法并在系统随机     

基于现代内点算法的交、直流混联输电系统充裕度评估

在确定交、直流混联输电系统可靠性模型的基础上,基于元件状态持续时间抽样的蒙特卡罗模拟法抽取系统状态,提出交、直流混联输电系统的负荷削减非线性规划模型,并运用现代内点算法进行求解.算例证明:相对于以往的线性规划模型和求解算法,在保证计算速度的情况下,该模型和算法能获得更精确可信的可靠性指标;通过改进的IEEE 30系统进...     

基于谈判博弈的含高渗透率光伏微网不确定优化运行

随着分布式光伏的发展,其在微网内的渗透率逐年提升,进而导致微网运行的不确定性和光伏消纳的难度日益增大。文中针对含高渗透率光伏的交直流混合微网内的不确定因素,建立了交直流混合微网不确定优化运行模型,其中目标函数采用期望值模型,以获得较高的长期收益,约束条件采用机会约束模型,保证约束成立的置信度。同时,针对微网运营商与用户自建光伏的博弈问题,采用谈判博弈模型以平衡双方利益诉求。根据上述方法提出基于谈判博弈的含高渗透率光伏微网不确定优化运行模型,并将其转化为单目标确定性可微非线性优化模型进行求解。最后,通过算例仿真计算验证该模型及求解方法的有效性和可行性。     

基于改进黑洞算法的交直流混合微网优化运行

交直流混合微网可综合发挥交流与直流的互补优势,其优化运行是微网领域的重要研究课题。该文综合考虑经济成本和环境成本,建立了交直流混合微网优化运行模型。基于交直流混合微网的结构特性,通过拆分协作思想将复杂的优化问题拆分为2个相对独立的交流区域优化问题和直流区域优化问题;通过引入混沌机制,加入星体被吸引的惯性和速度约束,优化初始星体的生成方式等,提出了基于改进黑洞算法的交直流混合微网优化方法,对交、直流子区域优化问题进行求解。仿真算例表明,提出的基于拆分协作思想的改进黑洞算法可以有效解决变量较多、结构较复杂的交直流混合微网的优化运行求解问题,能够以较少的综合运行成本实现更优的运行效果,验证了所提算法的有效性。     

交直流混合系统可用输电能力评估

随着我国交直流混合系统规模的不断扩大,交直流混合系统可用输电能力(available transfer capability,ATC)的计算模型和方法的研究成为一个关键问题。电力系统是一个动态时变系统,存在大量的不确定性和随机性,考虑这些不确定性因素对ATC的影响是准确计算ATC的一个难点。文中提出了一种基于非序贯蒙特卡罗仿真的可用输电能力评估方法,综合考虑负荷变化、设备故障、直流系统控制方式变化和天气等不确定性因素的影响,并从充裕性方面定义一系列的概率指标进行ATC评估。采用Matlab7.1编写相关的计算程序,并用改进的IEEE 14节点系统进行算例分析。计算结果表明,文中所提方法正确有效,能给出更准确的ATC信息。     

含高密度可再生能源的交直流混合微网模糊优化运行

交直流混合微网具有便于多种类型电源及负荷灵活规模化接入的优势,却存在高密度可再生能源接入后带来明显不确定性、优化调度复杂等难题。本文将可再生能源出力预测误差处理为模糊变量,建立了交直流混合微网模糊机会约束优化模型。针对模型同时包含不确定规划、混合整数规划等常规算法难以求解的问题,本文将模糊模拟、神经网络算法和二进制粒子群算法结合,提出了一种适用于求解交直流混合微网模糊机会约束优化模型的混合智能算法。最后采用某交直流混合微网示范工程现场数据验证了模型和算法的有效性。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

微网中可控负荷的多目标优化策略

针对微网中分布式电源波动引起的功率不平衡现象,建立了基于空调、热水器工作特性的微网可控负荷多目标优化模型,在此基础上提出了考虑多个目标的可控负荷优化策略,并采用多目标非支配排序遗传算法-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-2,NSGA-2)对其在实际微网中的效果进行了仿真分析。最后在考虑各种随机因素的基础上对优化效果进行了蒙特卡罗抽样,并根据蒙特卡罗模拟结果,对微网内可控负荷的渗透率与可控比在跟踪可再生能源变化方面的贡献进行了灵敏度分析。     

高比例可再生能源接入的输电网结构适应性指标及评估方法

高比例可再生能源并网和交直流混联电网是未来电力系统发展的基本特征,评估不同输电网结构特别是交直流混联电网结构对源—荷双重波动的适应性,将为未来电力系统经济、安全、可靠、灵活运行奠定基础,但适应性评估难于量化且亟待一套新背景下的评价体系。首先,在分析未来高比例可再生能源接入下输电网基本结构特征的基础上给出了输电网结构适应性的定义;然后,提出一套概率化的输电网结构适应性评价指标体系,并基于蒙特卡洛模拟算法和最优经济模型提出一种实用化的适应性指标计算方法;最后,以IEEE 30节点系统作为基础网架,分别对纯交流和交直流混联电网结构适应性做出评价,同时定量研究了不同因素对结构适应性指标的影响及变化规律。算例证明适应性指标能够有效反映不同输电网结构在高比例可再生能源接入下多方面的适应能力。     

Improved Control Strategy for Bidirectional Single Phase AC-DC Converter in Hybrid AC/DC Microgrid

This paper presents the improved control strategy with optimal switching scheme to improve the bidirectional converter's power flow control capability and to allow for different modes of operation in hybrid AC/DC microgrid. Also, this improved control strategy eliminates the need of PI controller for independent reactive power control. With the improvements in digital controllers, it is possible to implement complex control circuitry easily. The performance of bidirectional converter with improved control strategy is verified first in simulation environment and then on lab scale experimental set-up with the control circuit is implemented using hardware in loop in the real-time digital simulation platform. The simulation and experimental results for all the cases show that the controller is highly capable for power transfer between AC and DC grid with very fast response and also control reactive power without additional PI controller. Also, it maintains the current total harmonic distortion (THD) within standard limits.