基于无模型算法和电动汽车辅助调节的新能源电力系统频率协调控制

为解决风电并网导致电力系统频率偏差过大的问题,设计了一种基于无模型负荷频率控制和电动汽车辅助调节的频率协调控制策略,能够在系统受到风电和负荷扰动时对其频率偏差进行快速调节。利用新能源电力系统的频率偏差设计了无模型自适应滑模负荷频率控制器,对传统机组进行二次频率调节。同时为充分利用电动汽车的快速响应能力,采用分频技术将区域控制高频偏差信号接入集群电动汽车控制中心作为调频参考指令,使得电动汽车参与辅助系统调频。最后通过Matlab/Simulink软件在不同的工况下进行对比分析,仿真结果验证了所提出策略的有效性。     

储能电池与常规机组配合参与一次调频的自适应控制策略

为充分发挥电池储能系统与常规机组在一次调频中的各自优势,文中对储能采用下垂控制与虚拟惯性控制结合的控制策略,通过设置随频率偏差变化而调整的下垂系数,实现增发功率在常规机组与储能之间的合理分配;为避免储能电池发生过充过放现象,提出一种考虑SOC反馈调整出力的自适应控制策略;电网中储能容量配置不如常规机组,设计一种储能适时投入与退出调频的控制策略,使储能在频率急剧变化或偏移至常规机组一次调频能力范围外时投入调频;在频率基本稳定时储能平稳退出调频以保持SOC。最后利用Digsilent/PowerFactory软件对区域电网分别进行阶跃负荷扰动和连续负荷扰动仿真实验,结果表明在阶跃扰动下该控制策略可显著改善暂态频率特性,在连续扰动下可以兼顾频率偏移指标与SOC的保持。     

含自备电厂的钢铁企业孤网频率稳定控制策略

介绍了钢铁企业供电系统的结构特性,建立了自备电厂火电机组调速系统模型和负荷模型,其中负荷模型分为常规负荷模型和冲击负荷模型。针对孤网运行方式,提出了一种自适应频率稳定控制策略：实时监测系统运行状态和频率,并根据频率范围采取相应的控制措施。通过对自备电厂一次调频参数、二次调频控制等方面的研究,改善了孤网系统应对冲击负荷等小扰动的调节能力;通过实施可靠的就地低频减载（under frequency load shedding,UFLS）控制,可有效应对发生大扰动导致频率严重下降的紧急情况。仿真结果显示,所提出的控制策略能够保证孤网系统频率的稳定性。     

基于模型预测的虚拟同步机控制储能调频研究

储能虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制接入电网能够有效提升未来高比例可再生能源与高比例电力电子设备的“双高”电力系统的惯性,抑制系统受到外界扰动时的频率波动。以调频为控制目标,应用模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)对储能变流器VSG的输入功率进行自适应控制,能够进一步改善扰动时的系统频率响应。通过建立储能变流器VSG的预测模型,设计了关于频率增量与输入功率加权平方和的代价函数。通过二次规划计算出最优控制序列,对VSG有功功率输入值进行实时的修正。结果表明,该方法可以提升系统惯性,有效抑制功率波动时的最大频率偏移与最大频率变化率。相比于传统控制方法,系统频率变化率得到了有效的改善。     

计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化

当电动汽车利用车网互动(V2G)技术参与电网一次调频时,其下垂控制特性会影响原负荷频率控制的调频性能。基于此,提出了一种计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化方法。建立了含电动汽车的多区域多机组系统的负荷频率控制模型;在此基础上,针对电动汽车电池特性及二次调频出力的有效工作范围,考虑系统内机组的特性等,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为目标函数,建立了电动汽车辅助调频与传统机组二次调频的联合优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。在MATLAB/Simulink中针对阶跃负荷扰动及长时间随机负荷扰动的情况,对联合优化前、后系统的动态响应进行了对比分析。仿真结果表明:所提联合优化方法能有效地改善负荷频率控制的稳态响应速度、优化系统的调频性能,并且能够保证用户对电动汽车的用电需求。     

一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题,以有效支撑系统频率。VSG控制的惯量设定与储能单元的配置密切相关,首先建立基于储能荷电状态(state of charge,SOC)约束的VSG控制模型,给出计及储能容量和SOC约束的惯量范围,然后充分利用VSG惯量和阻尼系数灵活可调的优势,结合模糊理论提出一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略,将惯量的范围作为模糊自适应环节的输出论域,使惯量和阻尼参数在合理范围内根据要求实时地进行调整来应对功率变化、负荷扰动以及频率偏移。最后通过Matlab/Simulink仿真对比不同VSG策略的控制效果,验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于灰狼优化的永磁同步电机自适应反推鲁棒控制策略

针对永磁同步电机存在非线性项的不确定性,以及在运行过程中参数摄动与负载扰动对机械角频率、转速以及系统控制产生的影响,为适应高精度、高稳定的调速应用要求,提出一种基于灰狼优化的永磁同步电机自适应反推鲁棒控制策略.应用非线性反推控制解决电机的非线性问题,并将灰狼优化应用于自适应反推算法中,实现电机转速对期望值的自适应调节跟...     

考虑 VSG 构网储能暂态与稳态优化的自适应策略北大核心CSCD

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)型构网储能因其良好的阻尼与惯量支撑特性已被广泛关注,但VSG型构网储能难以抑制有功暂态存在的超调、振荡的同时削减有功稳态偏差,灵活性差。首先建立VSG型构网储能系统有功环的闭环小信号模型,由系统的特征方程、波特图以及根轨迹分析有功指令与电网频率扰动下的系统暂态与稳态特性。接着指出固定参数VSG型构网储能无法兼顾暂态存在的超调、振荡与稳态有功偏差。因此提出一种自适应VSG型构网储能控制策略,所提控制策略确保自适应参数平滑变化,抑制系统超调、振荡的同时,可削减稳态偏差。最后通过MATLAB/Simulink验证了所提控制策略的有效性。     

含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略

针对微电网低惯性特性使得其频率易受负荷波动影响而偏移出额定值的问题,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)的二次调频方法。首先,在分析电力系统调频原理的基础上,提出了在VSG功频控制中引入二次调频控制器来实现频率的无差控制。其次,针对含多个VSG并联运行且都参与二次调频的情况,通过对二次调频控制环节进行改进,使VSG不需要借助于微电网中央控制器间的协调控制,即可实现无差调频。同时,该策略的提出使得VSG能够根据自身额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行能力。最后,仿真结果和实验结论验证了所提理论分析的正确性和实用性,所提方法可有效地改善微电网的频率特性和经济运行特性。     

改善微电网频率动态响应的虚拟同步发电机强化惯量控制方法

为充分利用虚拟同步发电机(VSG)的调频潜力,提出一种适用于交直流混合微电网的虚拟同步发电机强化惯量控制方法,即在虚拟同步发电机的基本控制结构上增加与系统频率偏差量相关的辅助调频控制环节,使之可以在负荷扰动后提供更多的调频功率,进一步改善系统的频率响应特性。基于Matlab/Simulink构建了以虚拟同步发电机为接口的交直流混合微电网模型,并在实验室研制了一台实验样机对所提控制方法进行验证。仿真和实验结果表明,与常规控制方法相比,强化惯量控制在给定的控制参数下可以使相同负荷扰动后的系统频率偏差进一步减小约25%,从而证明了所提控制方法的有效性。     

基于数据驱动的孤岛微网自适应调频策略

微电网孤岛运行时,基于下垂控制的并联逆变器无法消除频率的静态偏差,必须借助二次调频来稳定频率值。在进行二次频率控制器参数设计时需要用到微网频率响应模型,然而由于微网系统的结构复杂多变以及系统内微源和负荷种类多样等原因,微网系统的数学模型难以获取,控制器参数也因此难以整定。为解决上述问题,提出一种基于数据驱动的改进无模型自适应控制的二次调频策略,该控制算法仅需要采样关键节点处的输入输出数据,利用RBF神经网络的自适应和自学习能力并按照一定的控制周期在线整定二次调频系统的无模型自适应控制器参数,从而将频率稳定在基准值。仿真结果验证了所提策略有很好的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

基于储能SOC和风光功率裕度调节的风光储联合调频策略

利用储能主动参与风光储场站内部调频控制方法,及风电机组和光伏机组配合储能参与风光储场站内部联合控制,以解决风电机组和光伏机组单独控制时带来的电压和频率稳定问题。对风光储各单元采用虚拟同步机（virtual synchronous generator, VSG）控制技术,基于储能的荷电状态（state of charge, SOC）实时调整储能的p-f下垂系数,同时根据风/光机组的功率裕度配合储能调整各自的p-f下垂系数,通过风/光/储联合控制实现系统频率调整。此外,为实现风光储场站系统的二次调频,对VSG技术中的频率-有功控制部分进行了修正,通过实时检测系统频率,对有功功率参考值进行自适应调整;最后,通过阶跃负荷扰动下对比储能单一调频、光储联合调频、风储联合调频及风光储联合调频4种场景来验证所提控制方法的有效性。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

海上风电场PMSG和VSC-HVDC综合调频概率评估

考虑永磁同步发电机PMSG(permanent magnet synchronous generator)减载运行后的一次调频和改变柔性直流输电VSC-HVDC(voltage-source converter based high-voltage direct-current)直流电压的惯性调频,提出基于时域仿真的概率统计指标,量化调频效果。枚举不同调频策略、参数及扰动位置和规模,仿真电网频率响应。计算最大频率偏差、频率下滑速度、频率恢复速度和稳态频率偏差,根据扰动概率统计上述指标的系统期望。仿真结果表明:稳态频率偏差及其系统期望值仅随PMSG调频参数增大而减小;其余3项指标及系统期望随PMSG和VSC-HVDC调频参数增大而减小;PMSG和VSC-HVDC分别在频率偏差和变化率较大时起主要作用。     

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。     

孤岛微电网频率μ-H∞鲁棒控制

针对孤岛交流微电网中风力、光伏发电的输出功率不确定性以及负荷的随机波动性引起的微电网频率波动问题,提出微电网频率μ-H∞鲁棒控制策略.所采用的μ-H∞鲁棒控制方法在传统H∞鲁棒控制方法解决外部扰动的基础上,考虑了系统结构不确定性对孤岛微电网系统频率稳定性的影响.建立具有时滞和不确定性的频率控制状态空间模型,基于鲁棒控制理论,将H∞控制器设计方法与μ综合D-K迭代法结合设计出μ-H∞频率鲁棒控制器,平抑因参数摄动、结构化不确定引起的频率波动,减小通信延时问题对微电网系统的影响.最后,通过Matlab/Simulink仿真软件和dSPACE半实物仿真平台,验证了所提控制方法在系统参数摄动、通信延时和结构不确定等情况下,均具有较好的动态性能和较强的鲁棒性.     

适用于孤岛微电网的电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制与频率恢复控制

孤岛微电网惯性水平低,频率稳定问题显著。基于此,提出了适用于孤岛微电网电压型虚拟同步发电机(voltage-controlled virtual synchronous generators,VSGs)的自适应惯性与频率恢复控制方法,用于孤岛微电网频率稳定性提升。在自适应惯性控制方面,利用转速偏差及其变化率刻画频率动态过程,分别构建其与虚拟惯性的关系;利用双曲正弦函数放大虚拟惯性对转速偏差及其变化率的灵敏度,提高控制的敏感性;引入sigmoid函数,限制虚拟惯性调节范围,抑制控制过程中VSG输出功率的振荡。在频率恢复控制方面,从有功功率供需平衡的角度出发,将频率恢复问题转化为全网有功再平衡问题;利用各台VSG的频率偏差及其变化率估计全网有功再平衡量,并按容量分配每台VSG承担的全网有功再平衡量,实现功率均分。通过不同情境对所提方法进行仿真测试,结果验证了其有效性。     

飞轮和锂电池储能联合光伏发电一次调频控制

为确保电网频率安全稳定,混合储能联合光伏主动参与电力系统一次调频已成趋势,为此提出了一种混合储能联合光伏发电的一次调频控制策略。针对储能传统定系数下垂控制存在的储能易发生过充过放的问题,提出了储能自适应变系数下垂控制;为了充分利用2种储能的不同特性,提出了频率偏差自适应分配方法;同时设计了光储耦合控制模块,以弥补光伏功率备用容量和锂电池储能调频功率有限的不足。在Matlab/Simulink仿真平台进行不同负荷扰动场景下的仿真实验。仿真结果表明：所提控制策略可以显著提升光伏系统主动一次调频性能及其适应性。     

差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞ 鲁棒控制

针对外部扰动及系统参数摄动引起微电网负荷频率波动问题,设计了混合H_2/H_∞鲁棒控制器对系统负荷频率进行控制。建立了包含电池的柴油发电机组二次频率控制模型,引入低通滤波器,使电池对系统高频扰动信号具有较好的抑制能力。以误差平方的积分最小作为系统的目标函数,在综合H_2范数表征的系统性能和H_∞范数表征的鲁棒性能下,设计具有多目标约束条件的混合H_2/H_∞鲁棒控制器。采用差分进化算法对控制器加权函数参数进行寻优,使控制器在满足约束条件下达到最优。仿真实验结果表明所提出方法在满足系统鲁棒性能的基础上,同时具备较好的控制输出,保证微电网频率在外部功率扰动和系统参数摄动情况下具有较好的动态性能。     

基于等效氢耗特征的孤岛电-氢混合储能多微电网功率自适应分配控制方法研究

在含电–氢混合储能系统的复杂多微电网中，为解决不同规模及类型微源所导致的公共负荷难以合理分配进而使交流母线电压频率失稳的问题，提出了一种基于等效氢耗的孤岛复杂多微电网功率分配自适应控制方法。该方法将微电网内不同微源承载能力等效为氢耗，统一评估不同微电网的载荷裕量，并根据实际微源的动态特性和运行机理自适应改变多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次调频分配系数，实现了通过分布式控制对公共负荷的实时合理分配。此外，所提出的VSG自适应控制方法通过识别频率变化快慢，使转动惯量和阻尼系数协同自适应控制。实现了减小频率波动超调量的同时提高系统的响应速度。最后，开展半实物实验，对所提方法的有效性进行了验证。