基于暖通负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略

为提升系统频率稳定水平,提出了一种基于暖通空调负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略,采用建筑采暖热泵作为可控负荷参与系统调频服务.首先,通过构建等值热力学参数模型来描述热泵的控制温度动态过程.进而根据用户温度舒适范围确定单体热泵的调频可控域,判断热泵是否可参与调频响应,保障热泵工作过程中的控制温度满足用户需求.同时,...     

计及电动汽车充放电静态频率特性的负荷频率控制

目前对电动汽车参与电力系统调频的研究,主要集中在电动汽车作为分布式电源参与系统调频,而对电动汽车作为可控负荷参与系统调频的研究较少。但是,电动汽车作为分布式电源和可控负荷对其参与系统调频具有同等重要的作用。基于此,文中计及了电动汽车的充放电静态频率特性模型,在电力系统负荷扰动发生时,实现了对电动汽车充放电的协调控制,使其在分布式电源和可控负荷两个角色间合理转换。在此基础上,建立了计及电动汽车充放电的单区域系统负荷频率控制模型,并将该模型扩展为两区域互联系统。在MATLAB/Simulink中建模并进行仿真分析。算例结果表明,电动汽车作为分布式电源和可控负荷参与系统调频,不仅可以使系统频率调整速度更快,有效减小系统频率偏差,而且能减小传统调频机组的备用容量。     

基于充放电裕度的电动汽车集群一次调频控制策略

针对未来电网一次调频资源不足的问题,提出一种基于充放电裕度的电动汽车集群虚拟储能参与电网一次调频的自适应控制策略。首先,分析电动汽车的调控运行范围。其次,研究电动汽车集群参与电网一次调频方法。考虑电动汽车充放电时间和电池荷电状态（SOC）裕度,设计电动汽车充放电裕度指标。接着,提出基于充放电裕度的自适应一次调频控制策略,优化电动汽车参与一次调频的下垂功率,从而兼顾电网一次调频和电动汽车充放电需求。然后,通过定时更新方式评估电动汽车集群虚拟储能的一次调频能力,并提出一次调频效果评价指标。最后通过区域电网仿真案例分析,验证了所提策略在减少系统频率偏差和优化电动汽车一次调频出力的有效性。     

基于改进时间延迟环节的集群电动汽车参与电网调频的动态特性研究

电动汽车数量的增多和其快速响应功率控制指令的优势使其在电力系统调频服务中得到广泛关注,从需求响应的角度看,考虑电动汽车参与系统调频的动态特性是增加电网弹性的有效途径之一。首先介绍了集群电动汽车参与电网调频的分层分布式控制的结构框架与市场机制;其次,基于集群电动汽车的动态响应模型,建立了基于改进时间延迟环节的集群电动汽车参与电网一、二次调频的动态模型,讨论了集群电动汽车参与电网调频的时间延迟参数设置对于调频动态特性的影响。然后,提出了计及车辆限制和用户需求个体差异性的电动汽车参与电网调频的控制策略。最后,通过3个算例进行多场景定量模拟。仿真结果表明:相比于目前已有的电动汽车参与电网调频模型中参数普遍采用平均值的方法,文中所建立的一阶时滞模型更接近实际响应情况,且能抑制频率超调。     

基于多求和不等式输出反馈Lyapunov判据的时变时滞电力系统二次调频控制

电力系统使用通信网络进行动态调频时引起的时滞问题会对系统稳定性造成很大威胁。针对负荷频率控制中的网络化时滞问题,建立考虑时变时滞特性的负荷频率控制离散化状态空间模型。采用多求和不等式,构造一种具有低保守性的Lyapunov稳定判据来求解区间时变时滞负荷频率控制(load frequency control,LFC)系统的稳定裕度。在此基础上,推导时滞相关输出反馈增益的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)准则来设计二次调频控制器参数。仿真结果表明,该文所提出的稳定判据能够求解更大的时滞稳定裕度,具有较低的保守性。所提出的控制器设计准则能够快速求解时变时滞下输出反馈增益,有效抑制小扰动下系统的频率振荡,使系统具有时滞稳定性。     

计及电动汽车实时可控能量动态变化的负荷频率控制

电动汽车(EV)可控能量的时变性对其参与系统调频有重要影响。以我国4种类型EV的行驶规律为基础,结合EV状态转换特性,模拟计算各类EV的可控数量;在此基础上,计算EV初始储能和EV实时可控能量;最后建立计及EV实时可控能量动态变化的负荷频率控制模型。仿真结果表明:所提考虑交通属性的EV实时可控能量模型更加符合EV参与系统频率调整的规律,能有效抑制系统频率变化;在相同电池总能量下,电动私家车在各类型EV中,参与系统调频的时段最长,实时可控能量最多,调频效果最好。     

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。     

考虑插入式电动汽车的电力系统调频控制

插入式电动汽车作为分布式可控负荷接入智能电网并参与电网调频,越来越受到关注。为了实现大规模插入式电动汽车参与电网的调频控制,借助车辆到电网(V2G)技术,实现能量在电动汽车和电网之间的流动。考虑电池的充电/放电特性,构建响应系统频率偏差的插入式电动汽车功率调整模型。在此基础上,进一步提出考虑插入式电动汽车参与调频的电力系统动态模型。最后,SIMULINK仿真结果表明该模型能够很好地响应系统频率偏差,对提高系统频率的稳定性以及实现电网的快速恢复具有重要意义。     

基于滑模PI控制的电动汽车集群出力与调频联合优化

电动汽车(EV)集群在参与电网调频时,持续大量的出力可能会导致系统频率出现超调现象,且会增加系统的调频成本和对EV集群的补偿成本。在保证系统频率稳定的前提下,为了协调EV集群与发电机的出力,提出了基于滑模比例-积分(PI)控制的发电机和EV集群联合优化方法,并以系统调频成本和频率稳定为目标,对EV集群的车辆投入比例进行优化。考虑私家车、公交车、出租车这3种类型EV参与电网辅助调频,建立了EV集群参与微电网调频的单区域系统模型,通过滑模PI对EV集群进行控制,在保证频率稳定的情况下,显著减小EV集群出力;进一步对EV集群车辆投入比例参数进行优化,显著降低系统的调频成本。对发电机容量充足、不足的工况进行仿真,并对比参数优化前、后的结果,验证了所提联合优化方法的有效性和经济性。     

基于参数序列化技术的电动汽车集群响应控制策略

为了对集群电动汽车充电负荷进行有效控制,提出了一种基于参数序列化技术,即能量状态优先队列(ESPL)的电动汽车集群响应控制策略。首先,类比热力学可控负荷诸如热泵的温度优先队列方法,确定电动汽车充电模型;继而定义了可与热泵的温度类比的电动汽车能量状态值,并将可与热泵开关状态类比的电动汽车充电状态作为控制对象,提出了用于对电动汽车群体进行控制的ESPL方法,与电动汽车预测模型相互配合,对电动汽车群体进行了有效控制。算例通过构造电动汽车目标功率,验证了此集群响应控制策略的有效性。     

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。     

A new smart charging method for EVs for frequency control of smart grid

Nowadays, due to the shortage of fossil fuels on the one hand and their high prices on the other hand, using electric vehicles (EVs) has been increased. Charging of EVs has imposed new loads on power systems. These new and major loads have faced the frequency control and stability of power systems with new challenges. One way to deal with this new challenge is smart charging of EVs. In this method, grid condition is a key parameter that affects the charging of EV. In other words, in smart charging method, charging is performed with respect to power system parameters such as frequency. In this paper, a smart charging method based on fuzzy controller is proposed, in which charging process is performed with respect to the frequency deviation of grid and state of charge (SOC) of EV battery. To evaluate the performance of the proposed controller in control of grid frequency, IEEE 39-bus system in the presence of renewable energy sources is considered as test system. In order to the frequency analysis, this system is converted into a three-area system and, for each area, several EV categories with different numbers of EVs, battery capacity, start time of charging, and initial SOC are supposed. Moreover performance of proposed method is compared with an optimized PI controller in terms of frequency control. To investigate performance of proposed method in charging of EVs, a two area system is assumed and charging of EVs is verified by applying step loads to both areas. Simulations are carried out in MATLAB/SIMULINK environment. Results of the simulations reveal the good performance of the proposed controller in terms of frequency control of grid and charging of EVs.     

计及时滞丢包综合特性的电力系统小干扰稳定分析与控制

广域测量系统(WAMS, wide-area measurement system)给提高大规模互联电网的小干扰稳定性提供了新的手段。本文针对其中普遍存在的时滞丢包现象,用数学期望的方法建立了其统一的数学模型,推导出考虑丢包的等效时滞,从而量化了丢包对小干扰稳定的影响。基于此模型,结合状态观测器和时滞依赖状态反馈鲁棒控制,充分考虑时滞的随机性,进行附加阻尼控制器设计。以两区四机系统和某大电网为算例,对不同的丢包率和时滞以及按照不同模型进行仿真,仿真结果验证了模型的正确性。所设计的阻尼控制器能够充分考虑时滞丢包的综合特性,有较好的鲁棒性,这对抑制区域间振荡和应用广域测量系统有着重要的意义和参考价值。     

计及配电网拥塞的集群电动汽车参与二次调频方法研究

随着电动汽车数量的增多,具有快速响应能力的电动汽车在参与电力系统调频服务中得到广泛关注,但现有研究在利用电动汽车参与电网调频时往往忽视了电动汽车参与调频过程中由于集中充电可能导致的配网拥塞问题。为此,提出一种计及配电网拥塞的集群电动汽车参与二次调频方法。首先,介绍集群电动汽车参与电网调频的调度结构框架;其次,提出考虑电动汽车荷电状态的调频容量分配策略;然后,提出基于拥塞指数因子对电动汽车充放电功率进行调整的控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真进行算例分析,验证了所提控制策略的优势,结果表明：该策略可以在避免配电网拥塞的同时,保证系统频率波动不超过0.1Hz。     

考虑用户充电计划的电动汽车辅助调频控制策略

电动汽车(electric vehicle,EV)可作为储能装置参与电网调频,但车网互动(vehicle-to-grid,V2G)过程的低惯性、低阻尼会影响电网稳定性,且目前的EV辅助调频策略无法保证按时完成用户的充电计划。因此,文中将虚拟同步机技术应用于EV的充放电控制中,使充电机具有与同步发电机类似的惯性、阻尼特性。然后,基于T-S模糊控制器,提出一种考虑用户充电计划的EV辅助调频控制算法,EV的充/放电功率由其充电状态和电网频率共同决定。仿真结果表明,所提控制策略能够在不同的充电计划、EV荷电状态和电网频率条件下,智能调节电网与EV之间的功率流动。在满足用户充电需求的同时,该策略能有效提高电网的频率稳定性,规避电池过充、过放风险。     

利用电动汽车可调度容量辅助电网调频研究

电动汽车既可作为可控性负荷,也可作为分布式电源,能够为电网提供可调度容量,参与调频等辅助服务。但该可调度容量受用户出行需求及电池损耗等因素的制约,不能无限制地调度。基于此,对电动汽车采取"分散接入,集中控制"的管理模式,首先基于用户出行需求及电池使用寿命等约束,对电动汽车可调度容量进行评估。进而建立了计及可调度容量的电动汽车集中管理器充放电静态频率特性模型,以单区域系统为例模拟了电动汽车参与负荷调频的作用效果。仿真结果表明,利用电动汽车可调度容量辅助电网调频,不仅可以快速有效地减小系统频率偏差,提高电能质量,还能减小传统调频机组的备用容量,进而提高电网经济性。研究电动汽车参与调频的作用效果时,用户需求及电池损耗是不容忽视的影响。     

基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制

区域电网间存在较高的数据传输,使有限的通信和计算资源变得拥塞。为降低区域电网间的通信负担,提出基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制(LFC)方法。针对具有通信延迟的LFC系统,建立基于事件触发控制的时滞LFC动态模型。进而采用多求和不等式,提出具有事件触发控制器的时滞相关LFC系统Lyapunov稳定分析判据;在此基础上,推导了基于事件触发通信和输出反馈的负荷频率控制器协同设计方案,以保证电力系统频率稳定性的同时提高数据传输效率。仿真结果表明,所提方法能够有效减小互联系统频率和联络线功率振荡,保证系统的时滞稳定性并减少网络通信的冗余传输。     

考虑电动汽车集群储能能力和风电接入的平抑控制策略

为促进风电在电网中的消纳吸收,提出了考虑电动汽车集群储能能力和风电接入的平抑控制策略。首先对单体电动汽车入网后的储能特性进行精细化建模,充分考虑储能容量对不同荷电状态(SOC)的电动汽车有功响应能力的约束,在此基础上构建了电动汽车集群储能能力评估模型;进而针对多个电动汽车集群的协同控制,提出了考虑集群储能能力差异性的联络线功率波动平抑控制策略。该策略根据SOC自适应算法,在考虑各电动汽车响应能力约束的基础上,根据自身SOC水平确定各电动汽车的目标功率值,从而充分利用电动汽车与电网交换功率的连续调节能力;同时,该策略提出2种不同的交换功率控制方法,并探究不同方法在减少放电过程方面的差异性。最后,算例中利用电动汽车集群储能能力平抑联络线的功率波动,仿真结果验证了所提出的电动汽车集群储能能力评估模型和平抑控制策略的有效性。     

考虑三相负荷平衡的电动汽车有序充电策略

电动汽车负荷的大规模接入可能导致配电网出现三相不平衡问题,威胁电网安全经济运行。当前提出的大部分有序充电方法均针对等效的单相系统进行建模,忽略了三相不平衡问题的处理。文中提出一种考虑三相负荷平衡的电动汽车有序充电策略。算法外层运用三相前推回代法迭代修正节点电压,内层则通过求解一个电动汽车有序充电三相模型获得优化充电功率。通过调控电动汽车的充电功率及时段,可实现降低配电网网损以及三相之间负荷平衡的控制目标。仿真结果表明,所提出的有序充电策略可以有效避免电动汽车负荷大规模接入导致的三相不平衡现象,同时降低配电网网损、平抑负荷波动,保障电网安全经济运行。     

基于广域测量系统的交直流系统Markov切换控制器设计

高压直流输电的附加调制功能可以明显改善交直流混联系统的稳定性。远方反馈信息的不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统的安全稳定性。而电力系统运行状态发生随机跳变时,系统的精确模型更加难以得到,系统可能由于仍采用跳变前的控制策略而失稳。通过考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化理论,建立能反映交直流混联系统实时运行状态的Markov切换模型与时滞控制模型,并提出状态转移矩阵未知条件下非线性Markov切换控制策略,设计其稳定控制器。研究结果表明,所提出的基于Markov切换模型的交直流混联系统非线性控制方法可显著提高系统的控制性能,又具有一定的时滞鲁棒性。