A dual control strategy for power sharingimprovement in islanded mode of ACmicrogrid

Parallel operation of inverter modules is the solution to increase the reliability, efficiency, and redundancy of inverters in microgrids. Load sharing among inverters in distributed generators (DGs) is a key issue. This study investigates the feasibility of power-sharing among parallel DGs using a dual control strategy in islanded mode of a microgrid. PQ control and droop control techniques are established to control the microgrid operation. P-f and Q-E droop control is used to attain real and reactive power sharing. The frequency variation caused by load change is an issue in droop control strategy whereas the tracking error of inverter power in PQ control is also a challenge. To address these issues, two DGs are interfaced with two parallel inverters in an islanded AC microgrid. PQ control is investigated for controlling the output real and reactive power of the DGs by assigning their references. The inverter under enhanced droop control implements power reallocation to restore the frequency among the distributed generators with predefined droop characteristics. A dual control strategy is proposed for the AC microgrid under islanded operation without communication link. Simulation studies are carried out using MATLAB/SIMULINK and the results show the validity and effective power-sharing performance of the system while maintaining a stable operation when the microgrid is in islanding mode.     

含异构分布式电源的微电网无功功率分散分层控制策略

无功功率—电压下垂与电压—无功功率下垂是多逆变器孤岛微网系统中两种典型的分布式电源无功控制方式。针对含异构分布式电源的微电网,提出了无功功率的分散分层控制策略:①通过改进空载电压,能够在阻抗不匹配的情况下实现无功功率的合理分配,并将公共连接点(PCC)电压恢复至额定值;②基于不同时间尺度搭建分层结构,能够满足微网静态和动态性能的需求;③摆脱传统控制中通信的制约,实现分布式电源即插即用效果。最后,小信号分析、时域仿真以及RT-LAB硬件在环仿真实验验证了控制策略的可行性和有效性。     

基于改进信赖域算法的孤岛交直流混合微电网潮流计算

交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优点,是未来具有发展前景的一种微电网形式。针对对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网,考虑分布式电源和分布式储能装置不同的控制方式,基于交直流互联变流器标幺化方法的自治运行控制策略,兼顾交流子系统和直流子系统之间的双向功率交换,建立了对等控制策略下的孤岛交直流混合微电网潮流计算模型。为了提高现有潮流计算方法的收敛性,提出了信赖域半径收敛至0的改进信赖域算法求解上述模型。通过对12节点的孤岛交直流混合微电网的潮流计算,与BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)信赖域算法及牛顿—拉夫逊法进行了对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。     

孤岛微电网潮流的类奔德斯分解算法

在传统Newton-Raphson潮流算法中一般仅定义平衡节点、有功功率—电压节点、有功功率—无功功率节点这三类节点,难以直接使用传统Newton-Raphson潮流算法求解含下垂控制策略的微电网潮流问题。提出一种类奔德斯分解的潮流计算新方法,将采用下垂控制策略的孤岛微电网的潮流计算问题分解成传统Newton-Raphson潮流计算子问题和下垂节点更新子问题,通过两个子问题的交替迭代获取潮流解。该方法将一个复杂的原问题分解成了两个简单的子问题,实现了原问题的高效、快速求解。通过算例分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

含多种分布式电源的微电网控制策略

针对微电网的并网与孤岛运行方式以及2种运行方式之间的转换,提出了一种含多种分布式电源的微电网控制策略。该控制策略中微电网中心控制器连续监测微电网和大电网的运行状态并对微电网进行统一的协调控制:对于并网运行的微电网,当检测到孤岛状态时立即切换到孤岛运行控制方式;对于孤岛运行的微电网,通过选择主调频电源实现微电网频率的无差调节,避免了下垂控制产生的频率偏差;微电网重新并网时,通过采用电压灵敏度分析方法调节并网接口处的电压幅值并监视与大电网的电压相位差,实现微电网运行方式的平稳切换。采用PSCAD/EMTDC软件对含多种分布式电源的微电网进行仿真分析。仿真结果表明,提出的控制策略能够维持微电网的稳定运行,并能实现微电网并网与孤岛运行方式的平稳过渡。     

自抗扰技术在微电网下垂控制策略中的应用

针对传统微电网下垂控制策略中控制参数整定复杂,以及受电网电压、负荷波动影响较大等问题,提出一种基于自抗扰技术的微电网下垂控制策略。该控制策略能够维持微电网在孤岛和并网模式下的稳定运行。自抗扰控制结构较强的抗干扰能力,能够有效抑制各参量的波动,对电网的不确定性干扰具有较好的抑制作用,且设计方法简单易行。仿真结果表明,当负荷发生变化时,该控制策略能够有效地调节微电网内功率的平衡,保证微电网电压和频率的恒定,对微电网起到支撑作用。     

基于边际成本下垂控制的自治微电网分布式经济运行控制

由于微电网中不同类型分布式电源的运行成本各异,传统下垂控制按照容量比例分配功率,易导致系统成本偏高。提出基于边际成本的改进下垂控制,按各分布式电源边际成本一致分配功率。为进一步解决其功率分配精度易受线路阻抗影响的问题,提出基于一致性算法的分布式经济运行控制策略,通过优化下垂控制的参考电压,实现各分布式电源边际成本一致,从而有效降低系统运行成本。该分布式经济运行控制策略利用稀疏分布式网络,无中心节点,仅需相邻分布式电源间交互信息,可靠性高。MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法能较好地实现自治微电网的经济运行。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。     

基于多重逆变器复杂控制策略的微电网运行控制

针对传统的基于单个主控电源的主从控制和下垂控制存在的缺陷,本文借鉴传统电网的调频特性,提出了一种多重逆变器DroopV/fP/Q复杂控制策略用于微电网的运行控制,可充分利用负荷的频率特性,最大程度的避免微电网离并网转换时电源控制模式的切换,较好地实现离并网的平滑切换,有效地提高了微电网孤岛运行的可靠性。利用PSCAD/EMTDC软件搭建的微电网仿真模型验证了所提出的控制策略的正确性和可行性,为微电网的平滑切换和可靠运行提供了新的解决思路。     

Adaptive intelligent techniques for microgrid control systems: A survey

This paper introduces a survey on the adaptive and intelligent methods that have been applied to microgrids systems. Interestingly, the adaptive technique is effectively exercised in various control issues including stability, tracking error, and parameter uncertainties. Adaptive control has been extremely developed by using intelligent algorithms to automatically tune the control parameters namely fuzzy logic, particle swarm optimization, bacterial search algorithm, and etc. The objective is to evaluate and classify the design control methods and evaluation algorithms for the microgrid systems to maintain stability, reliability, and load variations by adjusting the controller parameters especially in standalone operation mode. The stability of islanded microgrids are constantly impacted by the related loads. A significant part of the research on an islanded microgrid involves droop control technique. In normal operation, distributed generation units and storage units provide power quality control. Once a shutdown is occurred, microgrid can be isolated from the main grid and operate in a local grid to support the local loads. Thus, distributed generations co-operate storage units to sustain the stability of the islanded microgrid.     

基于储能变流器的微电网稳定控制策略

微电网是一种将分布式电源、储能装置、变流器、负荷以及监控保护装置有机整合在一起的小型发、配、用电系统。微电网运行方式复杂,为维持微电网电压和频率的稳定,提出一种基于储能变流器的下垂控制与恒频恒压（V f）控制相结合的微电网稳定控制策略。微电网并网运行时,储能变流器采用下垂控制;微电网离网运行时,若电压和频率在设定的范围内,储能变流器仍然采用下垂控制,若超出设定范围,储能变流器采用V f控制。仿真结果表明,提出的控制策略在微电网并网运行、离网运行、以及并/离网切换过程中均能维持微电网电压和频率的稳定。     

微网中分布式电源和多储能的协调控制策略

通过分布式电源和储能的协调控制,微网并网运行时可参与电网调度,且在并网和孤网状态下都能够多模式运行。正常运行模式下负荷优先分配给分布式电源,当分布式电源最大输出功率小于负荷、系统出现功率缺额时,才由储能补偿缺额部分,减小储能损耗,提高微网运行的经济性。通过多运行模式的配合,使储能荷电状态维持在合理范围内,储能处于可充放状态,提高微网并网运行调度的灵活性和孤网运行的稳定性。针对微网中含有多个储能的情况,提出多储能协同控制算法,在满足分布式电源和储能协调控制要求的前提下,能够根据储能荷电状态偏差的变化,动态地调节各储能充放电功率,使其快速平滑地达到荷电量平衡。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略

由于独立运行的微网中馈线阻抗不匹配,采用传统下垂控制策略的分布式电源难以精确地分配输出功率。针对该问题,提出了一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略。在该策略中,中心控制器采用低带宽通信向各个分布式电源发送交流母线电压偏离补偿信号,分布式电源的本地控制器获取该补偿信号后,通过积分构造出输出电压的幅值参考。采用所提出的下垂控制策略,各分布式电源在实现无功功率精确分配的同时,可以有效消除交流母线的电压降,将母线电压恢复至额定值。仿真结果表明,所提出的改进下垂控制策略在复阻抗特性馈线微网中具有一定的有效性和可行性。     

基于Sobol’法的孤岛微电网潮流全局灵敏度分析

随着可再生能源发电在微电网中的渗透率不断提高,微电网运行的不确定性显著增加,有必要准确评估输入变量对微电网状态的影响,以提高系统的运行控制水平。计及孤岛微电网中分布式电源和负荷的不确定性,基于有功—频率/无功—电压的下垂控制策略,构建了综合控制下的孤岛微电网概率潮流计算模型,并采用具有鲁棒性的自适应LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解。在此基础上,针对系统状态的不确定性,基于Sobol’全局灵敏度理论,建立了一种考虑源荷不确定性的孤岛微电网概率潮流灵敏度分析法,用于辨识影响系统状态的关键因素。通过对有多台分布式电源接入的33节点孤岛交流微电网系统进行仿真,获得了各输入变量的一阶灵敏度和总灵敏度,分析了输入变量对系统状态的影响,验证了所提方法的有效性。     

微网综合控制与分析

考虑到微网内分布式电源和负荷所具有的分散性,根据分布式电源的类型以及与储能装置的不同组合方式,采用不同的控制策略分别进行了相应控制器的设计。基于下垂特性的电压/频率(V/f)控制实现了负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享,且在微网孤岛运行时能为微网系统提供频率支撑;PQ控制可根据实际运行情况实现分布式电源有功和无功功率的指定控制。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷以及微网内某一电源功率变化3种情况下的运行特性进行分析,获得了微网中相应分布式电源的功率、电压、电流及系统频率的变化规律,证明了PQ-V/f综合控制策略的正确性和有效性。     

计及可再生能源不确定性的孤岛微电网概率潮流计算

随着具有不确定性的可再生能源接入孤岛微电网的比例不断提高,传统确定性条件下孤岛微电网的潮流计算受到挑战。基于有功功率—频率/无功功率—电压(P-f/Q-U)控制和有功功率—电压/无功功率—频率(P-U/Q-f)控制两种下垂控制策略,在计及可再生能源的不确定性时,建立了综合控制下孤岛交流微电网的概率潮流计算模型,并提出了一种改进的三步LevenbergMarquardt(MTLM)算法对潮流方程进行求解。采用基于Sobol序列的拟蒙特卡洛模拟获得具有随机性的可再生能源出力和负荷的样本,进而对38节点孤岛交流微电网进行概率潮流计算,通过对比验证了MTLM算法的快速收敛性和鲁棒性,研究了不同下垂控制策略下系统频率和电压的概率分布情况,分析了具有随机性的高比例可再生能源接入对孤岛微电网的影响。     

微电网中的有功功率和无功功率均分控制

针对在单元输出功率控制(UPC)和馈线潮流控制(FFC)模式下,分布式电源(DG)之间的有功功率和无功功率均分控制进行了分析。在UPC模式下,DG输出的有功功率恒定,能够跟随给定值实现有功功率均分;在FFC模式下,DG所在馈线上的潮流值恒定能够跟随给定值,实现微电网和大电网之间的潮流交换恒定。但是受线路阻抗和本地负荷等的影响,DG的输出电压值不同,进而产生无功环流。针对这一问题,文中提出了一种抑制无功环流的控制策略,该策略是在无功电压下垂控制中加入电压补偿环节,以达到抑制无功环流的目的,该方法有效消除了逆变器之间的无功环流。针对线路阻抗和本地负荷不同时对微电网中无功环流的影响进行了分析,并分别进行了仿真,验证了该控制策略的有效性和可行性。