多端口能量路由器协调控制方法研究

针对多端口能量路由器中各个功能单元的作用,设计了每个端口的局部控制策略,根据能源网络框架,采用分层控制策略,将控制框架分为调度层、能源子网层和端口本地层三层,根据上层控制将能量路由器划分为六种稳定运行状态,从而实现工况的无缝切换.最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建直流楼宇能量路由器系统仿真模型,选择一天中的三个典型的时间场景进行模拟,通过对仿真波形的分析验证了所提拓扑结构和控制策略的有效性.     

能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制

多端口能量路由器是整合光伏、储能以及电动汽车充电桩的有效拓扑结构。在不同端口进行能量路由时,涉及多工况运行,无缝工况切换是一大难点。在能源互联网框架下,采用分层控制,使得能量路由器在电网调度、并离网、电动汽车接入切除等工况下都能够协调运行,从而实现工况的无缝切换。微网控制层采用集中式控制,维持各工况下系统整体能量平衡,既能与上层调度层交互,响应调度;也能与下层本地控制层通信,即采样各端口的状态信息,计算储能、充电桩的充放电电流给定值。本地控制层中光伏、电压源型变换器端口采用分布式控制,降低通信带宽;储能、充电桩端口采用所提的基于电流跟踪的新型下垂控制方法,精准传输所需功率,并控制直流母线电压稳定。最后,通过MATLAB仿真验证了所提统一协调控制策略的有效性。     

面向微电网集群的多端口能量路由器及其分布式控制策略

能量路由器是实现微电网集群化的核心装备,为了协调控制各端口的功率潮流,传统的集中式控制多依赖于集中通信,降低了系统的可靠性和灵活性.针对此问题提出了一种能量路由器的分布式控制策略,无需中央控制器实现各端口功率的自主分配.能量路由器采用共直流母线结构,各端口为独立的三相电压源型变流器(VSC),通信信道仅存在于各端口与所连接微电网之间,无需集中通信和相互通信.各微电网根据自身状态向能量路由器发出功率调控需求申请和紧需度,各端口则以直流母线电压为公共信息,自主确定所在端口的折扣率,在保证直流母线电压稳定的前提下实现各端口的功率交换.最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所提方案的有效性.     

基于双直流母线架构的电能路由器

电能路由器是能源互联网的关键设备,为实现电能路由器功能要求,提出一种基于双直流母线架构的电能路由器。通过低压直流母线和高压直流母线,以多种端口形式将光伏、储能、交流电网、交直流负荷等进行互联,分析研究了电能路由器的工作模式和各端口变流器的控制方法,提出电能路由器内部的协调控制策略、负载侧主动响应指标和控制策略,实现功率双向流动控制、端口电压稳定和供用路由选择多样化。仿真研究中,设置了3种场景案例进行试验和分析,结果表明所提出的电能路由器能实现功率路由分配、系统稳定运行和端口即插即用等功能,为电能路由器的实现提供了新思路。     

自储能型能量路由器研究

针对能量路由器储能需求,提出利用其自身拓扑结构中的桥臂电路充当储能系统的充放电接口,无需额外增加功率变换电路,灵活实现自储能。研究了自储能控制策略,并分析了控制性能。提出的自储能型能量路由器能实现输入端功率缺额时能源子网的电压稳定,并在能源子网离网切换时提供短时的能量供应,而且控制储能系统充放电的同时不影响桥臂电路对中线电流的控制。仿真研究了输入端电压深度跌落和能源子网分布式能源功率波动时的工况,验证了所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应下垂控制的联网型直流微网母线电压控制

考虑到通讯和电力电子技术的发展,针对以能量路由器作为与传统电网连接设备的联网型直流微电网,提出一种基于自适应下垂控制方法的直流母线电压控制策略.该策略根据直流母线电压波动范围切换不同单元对电压进行控制,同时采用自适应下垂控制协调本地储能单元,根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率.该控制策略无需通信,满足各单元即插即用的要求,在不同模式下均有单元参与母线电压控制,保证了直流系统的稳定性.在Matlab/Simulink仿真平台上搭建包含能量路由器的直流微电网系统,对控制方法进行仿真,结果验证了该分布式策略的有效性.     

基于电压与功率前馈的电能路由器储能端口优化控制策略

针对采用双向Buck/Boost拓扑作为电能路由器储能端口时存在的储能端口并网启动电流冲击和离网母线电压波动的问题,提出了一种储能端口电压前馈与负载功率前馈相结合的电能路由器储能端口并离网优化控制策略。该方法通过前馈储能侧电压抑制储能端口的并网启动冲击电流,消除离网下储能侧电压波动对母线电压的影响,同时利用基于以太网控制自动化技术(EtherCAT)的电能路由器快速控制通信单元前馈负载功率,抑制离网下负载突变产生的母线电压扰动,节省电流采样成本。理论分析与实验结果验证了所提优化控制策略的有效性。     

包含光储供电系统三端口变换器工作状态分析

分布式发电供能技术是当代智能微电网的重要组成部分,其中三端口隔离型直流变换器发挥了重要作用。因为蓄电池储能系统可以实现能量的流动和储存,所以三端口隔离型直流变换器与光储供电系统相结合可以实现能量的多方向流动。为了实现上述目的,研究并设计了一种包含光储供电系统的三端口直流变换器系统,研究采用的方法是根据现实中存在的工作场景分析出三端口变换器不同的工作状态,其中包括了光伏输出、蓄电池和直流负载的工作状况分析,并在传统移相控制和光伏最大功率跟踪控制相结合的基础上,相对应地设计了不同的控制方法,通过控制策略实现了系统内的能量流动和协调管理。最后,进行了模型的搭建和验证,验证了工作场景分析及能量流动协调管理的可行性。     

基于MMC的紧凑型能量路由器方案

该文提出一种控制简单的基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)结构的多端口能量路由器(energyrouter,ER)方案,所提ER包含有中压直流、中压交流、低压直流和低压交流4个外接功率端口以及1个内部储能端口,通过隔离级高频链将各子模块(sub-module,SM)进行内部互联,建立模块间的耦合关系。利用开关电容变换及三相波动功率抵消分别实现SM电压的自主均衡和电容需求最小化,从而大幅简化控制方案设计,同时提升系统的功率密度。考虑ER所具备的惯性能力与电容值密切相关,设计一种基于蓄电池储能的惯性优化方案。最后,通过仿真及实验验证所提拓扑及能量调控策略的正确性和有效性。     

交直流混合多端口能量路由器拓扑与控制研究

为了提高可再生能源与电网的互联,提出了应用于高压配电网的交直流混合多端口能量路由器模型。分析了级联H桥高压侧整流器、中间级DC/DC隔离器、低压交和直流端口的原理并提出了一种分布式控制策略,以直流母线电压的变化调整内部功率实时平衡。提出的能量路由器可以灵活提供不同电压等级的交/直流端口以供负载接入,在实现电压隔离变换的同时能够有效治理电网电压畸变。最后通过仿真验证了所提策略的正确有效性。     

五端口能源路由器控制策略研究

随着可再生能源技术的发展,传统的电力系统无法满足未来供电多样化、能量多向流动的技术要求。为了实现可再生能源的大规模消纳,我国正在积极发展能源互联网。能源互联网的核心装置是基于电力电子技术的能源路由器,能够实现给不同的可再生能源装置和不同负载提供灵活多样化的电气接口,还可实现能量的多向流动和对功率流的管理。文中对应用于中低压交直流电网且结合了储能装置的能源路由器进行了研究。为了满足中低压交直流互联功能与储能功能,所研究能源路由器由模块化多电平变流器(MMC)、双有源全桥变流器(DAB)、低压逆变器与双向储能变流器构成。文中对该能源路由器的控制策略进行了研究,设计了各级控制器的结构与控制器参数,并在各级自身控制策略的基础上,提出了功率前馈控制策略以减小直流端口的电压波动,并进行了仿真验证。     

独立直流微网能量管理控制策略

在直流微网控制系统中,维持母线电压稳定以及能量的合理分配对系统可靠运行具有重要的指导意义。针对基于光伏发电的独立直流微网系统,提出一种新的能量管理控制策略,根据光伏DC/DC变换器在不同光照条件下的控制策略,利用蓄电池储能单元作为支撑,通过蓄电池充放电时不同的能量管理控制策略,维持母线电压稳定,为直流负载提供电能,其核心是使光伏电池与蓄电池储能单元协调工作,确保直流微网的高效稳定运行,最后通过实验结果验证了所提出控制策略的正确有效性。     

直流微电网孤岛运行控制策略研究

针对湖北黄石地区楼宇建筑直流微电网孤岛运行场景,提出一种光伏和储能电池的协调控制策略。基于直流微电网系统的实时状态,根据直流母线电压数值对微电网的运行模式进行划分,并设置变流器动作阈值,微电网内的各变流器根据母线电压所处的区间范围,执行相应的控制策略,满足微电网的能量平衡及电压稳定性需求。考虑微电网内部储能电池状态的一致性要求,针对电池变流器提出一种基于电池荷电状态(State of Charge,SOC)的协调控制策略,在电池的充放电过程中,根据不同电池组之间的容量差异进行功率分配,避免相同的充放电效率导致过充或过放现象。最后通过Matlab/Simulink对所提控制策略进行仿真验证分析。     

基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略

针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

多模式下风电直流微网功率协调控制策略研究

直流微电网系统的功率平衡是电网安全稳定运行的重要保证。综合考虑微网的运行方式和换流站功率裕量,将含有全功率笼型异步风电机组、储能蓄电池、交直流负载的直流微电网系统分为5种运行模式,即并网运行模式、限流运行模式、短时故障运行模式、孤岛减载运行模式和孤岛降功率运行模式。针对以上5种运行模式,提出一种基于多变量的功率协调控制策略。该策略根据并网变流器电流、蓄电池荷电状态以及直流电压的变化量自动协调各端换流站的工作方式,保证各工况下微网内部的功率平衡和直流母线电压的稳定。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中进行了仿真实验,验证所提出功率协调控制方法的有效性和可行性。     

基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究

针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。