直流微电网并网运行协调控制策略研究

为实现直流微电网简洁、高效、灵活的控制,提出了并网运行模式下的直流微电网协调控制策略.通过合理设置各变换器的分段电压阈值,控制分布式发电单元、储能单元以及并网变换器的优先级,使其运行在最大功率状态或下垂控制状态.对于同一个电压等级下的多个变换器通过下垂控制实现功率分配和电压控制.双向AC/DC并网变换器采用双闭环的PWM矢量解耦控制实现与大电网间的功率动态平衡.仿真结果证明了该策略的可行性和有效性.     

基于DBS的直流微电网控制策略仿真

针对现有直流微电网中多个微源协调控制策略的不足,采用直流母线信号DBS(DC bus signaling)控制策略对直流微电网中各微源进行协调控制。该策略将母线电压等级控制策略与下垂控制相结合,首先根据各微源属性对其优先级进行划分,依照电压等级控制策略确定各微源的工作阈值;其次根据下垂控制设计不同的下垂系数,对同一电压等级下的各微源输出功率进行分配,确保直流微电网的稳定运行;最后分析了孤岛和并网模式下各微源的工作方式,并在Matlab/Simulink中构建直流微电网仿真模型进行验证。仿真结果表明,采用DBS控制策略是可行有效的。     

含储能双母线直流微电网电压和功率协调控制

双母线直流(direct current, DC)微电网采用传统的下垂控制时,存在电压控制性能与功率分配精度的局限性。为此,提出一种考虑储能荷电状态(state of charge, SOC)均衡的电压和功率协调控制策略。首先,对于高压或低压侧母线电压稳定和功率分配问题,在电压/电流双环控制策略的基础上,采用基于SOC幂指数的自适应系数动态改变功率分配比例,对电压和功率进行精确控制。其次,针对双直流母线由于功率不平衡造成的电压偏移问题,根据双侧直流母线电压差以及高/低侧的工作模式,制定高/低压母线之间DC/DC变换器的控制策略,保证高/低压侧功率平衡和电压稳定。最后,利用Matlab/Simulink软件建立不同工况下双母线直流微电网模型,并进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略可改善功率分配和电压控制精度,使各储能SOC趋于一致,同时实现高/低压直流母线之间功率相互支撑。     

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统潮流控制策略研究

含多类型分布式电源的交直流混合微电网系统由交流子网、直流子网与连接交直流母线的双向AC/DC潮流控制器组成。文章分析了交流子网与直流子网的下垂控制特性,提出交流子网与直流微电网中电源下垂系数选取方案,以达到2种类型子网电源根据其容量成比例进行功率分配的目的。提出了一种双向AC/DC潮流控制器控制策略,使整个交直流微电网的电源按其容量成比例的出力供应负荷需求,确保整个微电网不会因单个电源过载而引起故障,同时提高了维持交流频率和直流电压稳定的能力。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略有效性。     

双向功率变换器自治运行控制策略

双向功率变换器是交、直流混合微电网中的关键设备。本文在分析低压微电网下垂特性的基础上,提出一种双向功率变换器自治运行控制策略,针对交、直流母线电压性质不同的特点,根据子网电压允许波动范围,分别对其进行了归一化处理,并以交、直流子网实时负载率相同为准则,设计了双向功率变换器有功-电压控制环。为使交流子网频率稳定,在充分利用双向功率变换器剩余容量前提下,设计了变换器无功-相角控制环。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够实现交、直流子网间功率双向平滑传输,维持子网母线电压及频率稳定,确保低压交、直流混合微电网自治运行。     

基于功率池的双层母线直流微电网协调控制策略

为便于不同电压等级的直流微源、负荷接入直流微电网,设计了一种基于功率池的双层母线直流微电网,并提出了其协调控制策略。该微电网由2个电压等级不同的独立直流微电网通过功率池连接构成。设置锂电池作为功率池的能量后备,二者以级联结构构成微网储能调压系统。详细设计了两直流子网与功率池之间、锂电池组与功率池之间的功率交换机制,稳定直流母线电压,使两子网互为备用,同时实现两直流子网、锂电池三者间低频功率交换,避免了两子网间高频功率波动的相互影响,并延长了锂电池的使用寿命。设计锂电池荷电状态调节机制,母线电压稳定时由直流子网对其进行调节,提高了微网持续运行能力。最后,通过实验验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

交直流混合微电网直流母线电压稳定控制技术

交直流混合微电网的直流母线电压的稳定控制对整个交直流混合微电网系统十分重要。针对交直流混合微电网中直流母线电压控制方式,提出一种实用、高效的交直流混合微电网直流母线电压自主偏差控制方法。在并网模式下,采用具有空闲模式下的直流母线电压下垂稳定控制方法,通过AC/DC变换器实现直流母线电压的稳定控制,避免了AC/DC变换器的频繁充放电操作;离网模式下,直流母线电压的稳定控制由接储能侧的DC/DC变换器控制。为了保证系统离网模式下可靠运行,直流母线侧可以接多路DC/DC储能类蓄电池,通过自主稳定控制既提高了分布式能源的利用率,又提高了空闲模式下电力电子设备的使用寿命。经试验验证,该方法具有很好的控制效果,为交直流混合微电网的发展提供了技术基础支撑。     

基于自适应调节的直流微电网储能系统设计

直流微电网系统中的分布式能源具有间歇性和不稳定性,其中普遍接入了储能设备,起到平衡光伏和负载功率,稳定直流母线电压等作用。传统的解决方案多用下垂控制调节系统功率平衡,但会引起一定的电压降,不但影响系统调节范围,而且多储能设备并联时会引起环流等损耗。设计自适应调节下垂系数的双向DC/DC变换器,通过直流母线电压信号,在欠功率时提供功率,功率溢出时吸收功率,并维持电压恒定。实现直流微电网运行中对储能系统分布式优化控制。通过实验完成了上述控制目标,验证了控制策略的有效性。     

一种适用于多电压等级直流配电网的分散式双向电压支撑控制方法

新能源发电、储能系统、直流负载接入直流配电网,可减少DC/AC转换环节,简化控制,提高系统运行效率,故近些年来直流配电网受到了广泛关注.采用电力电子装置构建多电压等级直流配电网,具有更加灵活的拓扑结构、更加多变的运行形式及更高的供电可靠性,但同时给配电网的稳定高效运行带来了诸多挑战.针对多电压等级直流配电网中子网互联的双向DC/DC变换器,基于变换器两端口电压,提出了一种分散式归一化电压平方差控制方法,结合储能变换器的功率-电压平方下垂控制,实现不同电压等级母线电压控制归一化视角下相等,为各电压等级母线提供不间断的电压支撑,并可使系统在储能切入/切出、电压等级拓展、接入中压直流配电网等多种运行模式间灵活切换.对所提控制方法的可行性与稳定性进行了分析,并基于MATLAB/Simulink对其有效性进行了仿真验证.     

基于准Z源变换器的混合微电网及其协调控制

针对常规交直流混合微电网直流母线电压必须高于交流母线电压的问题,研究一种新型交直流混合微电网。直流母线和交流母线采用准Z源DC/AC双向变换器连接,利用Z源网络的升压功能降低直流母线的电压,实现了合理的电压匹配,适合于低压直流微电源和低压直流负载占主导的情况。Z源DC/AC变换器不需要插入死区时间,提高了微电网的可靠性。介绍了微电网的结构,建立了各部分的数学模型,给出并网和孤岛模式下的协调控制策略。最后利用仿真结果证明了新型微电网的可行性及其协调控制的有效性。     

交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

直流微电网独立与并网模式无缝切换控制策略

独立与并网工作模式无缝切换是直流微电网的重要研究问题。为了解决这一问题,本文提出了一种基于大电网电压检测和储能双向DC/DC(Direct Current/Direct Current,直流/直流)变换器多控制环调度的切换策略,该策略根据SRF-PLL(Synchronous Reference Frame-Phase Locked Loop,同步参考坐标系-锁相环)检测的交流电压对DC/DC控制环路进行调度,在不同的运行状态下启动不同的控制环路,调整储能双向DC/DC变换器的功率流向与控制对象,实现微电网运行模式的无缝切换。在建立SRF-PLL和双向DC/DC变换器的s域小信号模型并设计不同控制环路补偿器的基础上,搭建了直流微电网的仿真平台,实现了所提出的无缝切换控制策略。在搭建的仿真平台上对储能双向变流器不同能量流向条件下的模式切换进行了研究。仿真结果表明,本文提出的控制策略具有良好稳态和暂态性能,可以满足直流微电网独立与并网模式无缝切换的控制要求。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

基于变功率与直流电压组合控制的混合微电网协调控制

当前混合微电网中双向AC/DC变换器主要采用U/f控制,由这种控制策略以及交流子微电网的运行情况确定直流子微电网的输入输出功率,这对直流子微电网产生很大的影响。针对这种问题,将直流子微电网作为一个波动性微电源与负荷,双向AC/DC变换器采用直流电压控制,根据直流子微电网的运行情况,确定双向AC/DC变换器功率的流向与大小。为了更好地保证直流电压控制策略的实现,直流子微电网采用变功率控制策略,由此提出了基于变功率控制与直流电压控制的混合微电网的协调控制策略。最后在Simulink中建立上述控制策略的模型,并进行仿真分析。仿真结果证明:上述控制策略能够实现交直流混合微电网的稳定运行,以及混合微电网的平滑切换。     

基于母线电压的储能直流变换器下垂控制策略

电池储能系统的核心装置之一是双向DC/DC变换器,双向LLC谐振变换器以其高效高功率密度的优势在电池储能系统中得到广泛应用。此处对双向DC/DC变换器功率双向切换问题展开研究,通过采用直流母线电压下垂技术,确定了电池储能系统中双向DC/DC变换器功率传输和双向切换的逻辑;针对双向切换时采样信号的干扰问题,提出一种二阶巴特沃斯滤波器和限幅滤波器的结合策略,增强了系统的可靠性,加快了功率双向切换速度;最后,通过搭建PLECS仿真平台和2.5 kW实验平台,验证了基于直流母线电压下垂控制的功率双向切换策略的有效性和优越性。