基于灵敏度分析微网孤岛运行下的频率控制器研究

以微网孤岛运行时的稳定性分析为目标,将未来可再生电能的传输和管理网络作为研究对象,首先分别推导了固态变压器、网络线路以及负荷模型的状态空间方程,建立了相应环节的小信号模型,并引入了下垂控制器与电压电流双环控制器,建立了完整的微网小信号模型。其次对微网系统状态矩阵进行了特征值的关键性与一般性灵敏度分析,确定了影响系统稳定的环节和系统参数。通过分析结果得出电流环控制器参数对系统稳定性有影响,功率下垂控制器的下垂控制系数对系统稳定性有影响。对微网系统状态矩阵进行了特征值灵敏度分析,该分析方法对微电网系统频率控制器优化配置提供理论支持。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。     

基于下垂控制结构微网小扰动稳定性分析

介绍了下垂控制原理和机组输出功率计算方法,针对取较大下垂系数难于保证微网功率分配外环稳定性问题,在有功下垂控制环节中增设前馈环节来改善微网小扰动稳定性。建立了微网小信号模型,系统分析了下垂系数、线路阻抗、滤波系数及前馈环节等对微网小扰动稳定性影响,验证了前馈环节能明显改善微网小扰动稳定性,从而功率分配外环可取较大下垂系数,有利于降低配电网频率和电压波动对机组输出功率的影响以及提高无功负荷分配精度。最后建立微网仿真实验,通过合理选取前馈系数来配置微网小信号模型主导共轭特征根。     

基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制

在直流微电网中,传统下垂控制存在功率均分和母线电压控制不能同时兼顾的矛盾。针对这一问题,研究了带阻性负载直流微网系统,提出基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制策略。该策略包括一次、二次和电流一致性控制。引入输出电容电压反馈构成一次控制,参考电压补偿和下垂系数修正构成二次控制。各分布式电源间仅相邻变换器交换电流信息,通过电流一致性迭代控制和一次、二次控制结合,在保障输出功率均分的同时,消除了直流母线电压偏差。为验证该策略的控制有效性,对系统进行小信号建模理论分析,分析控制参数变化对系统稳定性的影响,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该控制策略在微网结构改变时,也能保证系统稳定,自适应完成直流微网功率均分和母线电压控制目标。     

含多微型电源的微网小信号稳定性分析

研究了微网中采用 P-f和Q-V下垂控制的多个微型电源同时参与系统频率调节时的微网小信号频率稳定性问题。在考虑控制器单元、功率测量单元以及整个电路网络动态特性的基础上建立了微网的小信号状态空间模型。利用该模型求取了微网在不同稳态工作点的系统特征值,利用系统特征值分析方法和时域仿真方法分析了负荷阻抗变化、等效线路阻抗变化和下垂控制器的下垂增益变化过程中微网的小信号频率稳定性问题。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究

该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的低阻尼LC环节会与电压源型变流器的输出阻抗相互影响,导致直流微电网发生高频振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响。文中利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,通过改变变流器的等效输出阻抗,使主导特征根向s域平面左侧移动。仿真与实验结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致;该有源阻尼方法能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。     

引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析

微电网一般采用下垂控制实现功率分配,但易产生受扰振荡。在下垂方程中引入功率微分项能够有效抑制振荡。建立了引入功率微分项前后的微电网系统的小信号模型,对比分析了控制参数与线路参数变化对系统小信号稳定性的影响,总结了控制参数的选择方法。并进一步地进行了灵敏度分析,研究对比了微电网中各逆变电源状态变量对系统低频模态的参与程度,以及线路参数变化对参与因子的改变。得出结论:线路长度或阻抗比增加为系统提供阻尼,且越靠近该线路的逆变电源获得的阻尼越大;且使用下垂控制时,系统特征根对各逆变电源的主导性更易改变。最后,通过不同工况下的仿真验证了建模、分析与结论的正确性。     

逆变型微网下垂控制器参数选择和稳定性分析

微网的动态稳定分析广泛采用特征分析法。微网孤岛运行时,多使用下垂控制方法来稳定其电压和频率。下垂控制器中下垂增益的选取会对微网系统的稳定性产生重要的影响。本文研究了状态矩阵中含有不确定参数的线性系统的稳定性分析方法,建立了微网采用下垂控制的小信号模型。利用提出的方法,分析了微网的小信号稳定性,并给出了系统为渐进稳定时下垂控制器下垂增益的范围。最后,通过模态相关因子的方法分析了系统稳定性与下垂增益的关系。算例结果验证了该方法的正确性。     

考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。     

含同步机微网中基于解耦下垂的自适应虚拟阻抗控制

在微网中,由于下垂控制逆变器的功率爬坡速度快于同步机,逆变器的带载能力受到限制;同时,低压传输环境导致传统下垂功率控制失败,危及系统稳定性。考虑低压微网阻感性传输线路,根据逆变器输出电流的越限情况与中央控制器的调度命令,该文在逆变器解耦下垂控制基础上构造了自适应虚拟阻抗,并据其变化强度调节功角进行协同控制,提高逆变器与同步机的功率均分程度与限流稳定性。最后,通过建立小信号模型分析虚拟阻抗大小对系统输出特性的影响。仿真和实验验证了提出控制策略的有效性。     

（23期已送排）直流微网的一种分布式控制研究

针对直流微网中微源常规下垂控制方案下功率均分与电压质量不能兼顾的不足,文中考虑各微源容量不尽相同,以各微源负载率相同为功率均分目标,设计了基于低速通信的改进下垂控制方案,以功率补偿的PI控制保证功率均分,以电压补偿的PI控制保证电压质量。建立该控制方案下的多微源网状系统模型,进行了静态稳定分析。为防止可能发生的个别微源下垂系数设置不合理引发的问题,引入满载微源连锁停发功率信号的机制以保证微网系统可正常运行。在MATLAB/Simulink中模拟搭建了3电源6母线直流微网系统进行了热插拔实验、下垂系数设置不合理致某一微源满载运行的实验,验证了该系统在可能出现的上述工况下均能保持系统稳定、功率均分和电压质量。     

基于双自适应参数混合微网虚拟同步机控制策略∗

交直流混合微网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制,常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节,对此提出一种基于交、直流微网功率传输原则的虚拟同步机控制(Virtual Synchronous Generation,VSG)策略,建立其小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对控制系统稳定性能的影响.针对传统VSG无法抑制交直流微网功率交换过程中的功率振荡,提出一种采用双自适应虚拟参数的VSG控制策略用于交直流混合微网AC/DC接口变换器控制系统,并通过小信号模型分析法确定额定虚拟参数取值范围.最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提方案可有效提高混合微网AC/DC接口变换器控制系统性能.     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

基于电力电子变压器负荷灵敏度辨识的直流微网切负荷方法

快速切除负荷是电力系统在故障后保持稳定的一种常用措施。针对以电力电子变压器为核心的直流微电网,提出一种基于负荷灵敏度在线辨识的直流低压切负荷决策方法。通过控制电力电子变压器直流端电压小扰动实现负荷电压特征系数在线辨识,获得系统中各节点负荷功率对电压变化的灵敏度;然后将辨识得到的负荷特征系数与微网中各调压单元的下垂控制特性曲线相结合,准确评估各节点负荷的切除对直流微网电压的影响程度,从而快速判定负荷切除节点。仿真结果表明,在包含风/光微源、储能及多种特性负荷的直流微网中,当交流主网侧故障或分布式电源输出功率受限使直流电压低于下垂调压范围时,按照所提考虑负荷灵敏度的电压评估式判定负荷切除节点,系统直流母线电压与各调压单元工作模式能够按理论判定值运行,验证了所提方法的有效性。此外,该方法还可克服系统负荷时变性的难题,并具有原理简单、计算方便等特点。     

考虑线路电阻影响的MMC-MTDC自适应下垂控制

下垂控制因其对通信的要求不高、可靠性高而在多端柔性直流输电中广泛应用。但是传统的下垂控制中下垂系数固定,尤其在系统功率波动较大时,容易导致换流站过载,并且直流线路上的电阻还会影响下垂控制换流站的有功功率分配。针对此类问题,提出了一种考虑线路电阻影响的自适应下垂控制。首先,分析在下垂控制下的多端柔性直流输电系统等效电路,推导出考虑线路电阻影响的下垂系数整定方法。然后在整定方法中用换流站的功率裕度比取代固定的功率分配比例系数,实现下垂系数的自适应调节。最后在PLECS上搭建仿真模型,对不同工况进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

基于小信号建模的微电网下垂控制稳定性分析

微电网的系统参数的设计对系统的稳定性和动态特性有着十分重要的作用。为了研究系统参数对下垂控制稳定性和动态特性的影响,本文提出基于小信号建模的微电网下垂控制稳定性分析方法。该方法对微电网某个稳态工作点进行小信号建模,采用根轨迹方法对建立的微电网下垂控制小信号模型进行分析。通过绘出各系统参数(如线路阻抗值、有功下垂系数、无功下垂系数、滤波时间常数等)不同取值时的特征根位置,来判断其值对系统稳定性的影响,最终确定出参数的范围。分析结果表明,模型设计出的系统参数能够满足稳定性与动态响应方面的要求,可以为设计系统参数提供参考。     

含恒功率负载的直流微网大信号稳定性分析

直流微网中,多种电力电子变换器通过不同的控制方式连接在直流母线以实现母线电压的稳定。其中有一类功率变换器表现为恒功率特征,呈现负阻抗和非线性特性,对直流微网的稳定性产生不利影响。针对含多个恒功率负载直流微网的大信号稳定性问题,该文分别用混合势函数理论和Lyapunov特征值法对直流微网的功率界限进行估计,并分析比较电路参数对功率界限的影响;分别用T-S模糊模型方法和逆轨迹法对直流微网的渐进稳定域进行估计,同时分析比较两种方法的估计精度以及电路参数对渐进稳定域的影响。最后通过仿真对功率界限和渐进稳定域估计方法的有效性进行验证。     

直流微网储能单元的灵活类虚拟同步发电机控制

直流微网中组网变流器采用虚拟电机控制可改善系统中因功率波动所引起的电能质量问题,但其无法兼顾直流母线电压动态调节的灵活性。针对此问题,以直流微网中蓄电池储能单元的DC-DC变流器为研究对象,基于类虚拟同步发电机控制技术,利用直流电压变化率与惯性参数耦合的机理,提出一种能够实现直流电压灵活动态调节的灵活类虚拟同步发电机控制。通过建立小信号模型,基于DC-DC变流器端口响应与根轨迹的分析,揭示了主要参数变化对系统惯性与稳定性的影响规律,并给出相应的整定方法。其次,通过结合蓄电池的双向特性以及系统稳定裕度指标,给出了惯性参数的稳定取值区域,实现合理范围内惯性控制的灵活调节。然后根据荷电状态(state of charge, SOC)对蓄电池提供惯性功率能力的影响,基于SOC对惯性控制中下垂系数的取值进行实时约束。研究结果表明,灵活类虚拟同步发电机控制能给系统提供灵活可调的惯性支撑,使直流电压具有更好的动态特性和稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于OPF的MMC-MTDC自适应下垂控制策略

传统下垂控制无法解决模块化多电平换流器多端直流MMC-MTDC(modular multilevel converter multiterminal DC)输电系统中换流站功率裕度和系统功率协调分配的问题,为此提出一种最优潮流下自适应下垂控制策略。首先根据电压变化方向与实时裕度设计MMC自适应下垂控制器;然后分析传统下垂控制无法解决MTDC中直流线路阻抗产生电压偏差的缺陷,针对影响直流网络潮流的因素,构建约束条件以及目标函数求解潮流优化分配下垂系数;最后通过直流电压差值实时计算权衡系数来分配两种下垂曲线所占比例。在PSCAD/EMTDC中建立5端MTDC模型,分别在稳态与暂态工况下对比两种控制方式,结果表明该控制策略可以避免换流站满载、减少线路损耗实现系统功率优化分配。