基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据

交直流混合微电网系统中,大量电动机负载和变换器负载由受闭环控制的电力电子设备连接交流母线,具有负阻抗特性,可视为交流恒功率负载.这些负载在大扰动情况下类似正反馈,会增强扰动信号,降低系统稳定性,严重时甚至导致整个微电网系统无法正常工作.另一方面,储能单元是系统的惯性环节,合理控制可增强系统稳定性.为了保障并网运行的交直...     

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。     

基于下垂控制的微电网混合储能系统调频策略

在微电网运行过程中功率的波动会影响系统频率的稳定性,储能装置可以有效抑制频率波动.针对不同储能装置特性和SOC状态,本文提出一种新的基于传统下垂控制的混合储能系统控制方法,混合储能装置选用互补性强的蓄电池和超级电容,超级电容担任主要频率控制单元快速提供功率响应频率变化,蓄电池响应负载的功率变化,并参与频率的二次调节,另...     

带恒功率负载的交直流混合微电网系统大信号稳定性分析

在交直流混合微电网系统中,绝大部分负载都是通过电力电子变换器与微网母线连接,闭环控制的电力电子变换装置可视为恒功率负载,具有负阻抗特性,在扰动情况下,会影响系统稳定性,甚至导致整个系统无法正常工作.该文考虑恒功率负载动态性能,在储能单元充、放电模式下应用混合势函数理论对并网交直流混合微电网系统进行大信号稳定性分析.首先...     

基于改进下垂控制策略下的交流微电网仿真分析

随着国内交流电传输和使用的比重逐年提高,且交流微电网与传统电网存在优良的兼容性和互动性,交流微电网控制技术受到广大学者的关注.首先建立了交流微电网的传统下垂控制方案,分析了有功-频率下垂和无功-电压下垂两个下垂控制特性.在此基础上,建立了一种交流微电网下的改进下垂控制策略,改善了功率分配精度和电压偏差问题.最后在MATLAB/Simulink仿真环境下验证了改进下垂控制特性的有效性.     

基于混合储能的微电网功率控制策略

微电网中间歇式微电源输出功率较大的不确定和波动,给微电网孤网运行时的电能质量和并网运行时的功率可调度控制带来了巨大的挑战.采用单一的储能系统平滑功率波动,不仅无法很好解决上述两种问题,且不利于延长储能元件的寿命.文中利用超级电容的高功率密度、快速充放和蓄电池适于平抑长周期功率波动的特点,提出了基于超级电容和蓄电池组成的混合储能系统及相应的控制策略,微电网孤网运行时采用超级电容平滑波动频率较高的功率,并网运行时结合蓄电池平抑频率较低的功率,通过两者的共同作用提高了微电网孤网运行的电能质量与并网运行的可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电.在PSCAD/EMTDC中建立微电网仿真模型,验证了所提出的混合储能结构及其控制策略的可行性.     

混合微电网多互联变换器并联的环流抑制策略

针对交、直流混合微电网中多个互联变换器(IC)并联的环流抑制问题,提出一种交、直流微电网的功率平衡及接口变换器之间的功率均流策略,提高功率传输效率。主要借鉴交流小信号注入法思想,建立直流微电网的频率-功率下垂特性,在此基础上设计功率自主控制环节,实现交、直流微电网有功功率的自主平衡。基于功率自主控制环节所得功率参考值设计功率均流控制环节,实现接口变换器之间流动功率按比例均分。最后通过实验验证了所提控制策略的可行性。     

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。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。     

A Power Balance Strategy of DC Microgrid Based on Improved Droop Control

As a widely used control strategy for microgrids, droop control has notable advantages of dispensing with communication networks, plug and play, etc. However, there exists an inherent contradiction between current distribution accuracy and bus voltage balance in traditional droop control. To solve this problem, an improved droop control strategy is proposed in this paper. Firstly, by injecting AC small signal into the converter, the frequency is introduced as the global control variable;secondly, the power balance between DGs is realized in line with the characteristics of frequency droop and voltage droop. In order to improve the poor power quality caused by the injected AC small signal, the injection of AC signal is stopped when the system becomes stable. Finally, the effectiveness and feasibility of the control strategy in current distribution and bus voltage maintenance are verified by MATLAB/Simulink. © 2022 Editorial Department of Zhejiang Electric Power. All rights reserved.     

基于主动频率注入的直流微电网功率分配策略

针对传统下垂控制在母线电压稳定和输出电流精确分配上存在矛盾的问题,提出了一种基于交流小信号注入的直流微电网自适应虚拟阻抗控制策略.首先,在变换器输出直流电压上叠加低频交流小信号,使注入信号频率与输出电流产生下垂特性,并利用交流有功功率自适应调节虚拟阻抗.然后,设计了切换环节,稳态时切换为下垂控制,利用控制频率得到的稳态...     

考虑荷电状态的交直流微电网多模式协调控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网,提出了一种考虑子网负载状态和储能子网荷电状态的多模式协调控制策略。状态判定级将储能荷电状态水平划分为五种模式,详细规划各模式下子网间六种功率交互状态对应的网络工况,使储能子网参与子网间功率交互的优先性随荷电状态变化。功率互助级控制各子网间双向互联变换器传输功率,本地级采用下垂控制保持子网自治。该策略可减少不必要的功率交互损耗,预先避免储能子网因过度充放失去功率调节能力。MATLAB/Simulink与RT-LAB平台上建立的仿真模型验证了所提控制策略的实时有效性。     

考虑荷电状态的交直流微电网多模式协调控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网,提出了一种考虑子网负载状态和储能子网荷电状态的多模式协调控制策略。状态判定级将储能荷电状态水平划分为五种模式,详细规划各模式下子网间六种功率交互状态对应的网络工况,使储能子网参与子网间功率交互的优先性随荷电状态变化。功率互助级控制各子网间双向互联变换器传输功率,本地级采用下垂控制保持子网自治。该策略可减少不必要的功率交互损耗,预先避免储能子网因过度充放失去功率调节能力。MATLAB/Simulink与RT-LAB平台上建立的仿真模型验证了所提控制策略的实时有效性。     

交直流混合微电网分段协调控制策略

为解决交直流混合微电网因微源出力变化、负荷变化和储能装置因荷电状态导致充放电功率发生变化等引起的功率波动问题,提出一种混合微电网分段协调控制策略。针对孤岛状态下的混合微电网,分析了混合微电网的典型拓扑和各运行模式下的功率关系。采用标幺化的方法得到了可表征混合微电网整体运行状态的特征量,根据该特征量的变化量对控制策略进行分段,对各段控制的工作原理进行了详细的分析,具体研究了在不同控制段中各变流器的相互协调;针对可能出现的网间交换功率振荡以及互联变流器(ILC)运行模式频繁切换的问题,对动作判据进行了补偿。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,仿真结果表明,在不同工况下各变流器均可迅速做出响应,保证系统的稳定运行。     

孤岛交直流混合微电网功率互助策略

交直流混合微电网可以通过交、直流子微网之间的互助互济来有效协调混合微网系统功率的分配,并提高系统平抑功率波动的能力。为实现交、直流子微网之间合理互助互济,提出了一种孤岛交直流混合微电网功率互助策略。首先,为了避免互联变流器频繁动作带来功率损耗,提出了分层控制策略,该策略将系统运行模式分为功率自治模式与功率互助模式,并对运行模式的切换条件进行了合理设计;其次,提出了基于子微网自身条件以及蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)的功率互助目标,并设计了基于交流频率和直流电压反馈的功率协同控制算法以实现功率互助目标。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果表明,利用所提互助策略,交、直流子微网能够根据自身条件承担系统功率波动并维持蓄电池处于合理的荷电状态。     

基于功率信号判别的光-储-燃直流微网协调控制策略研究

在直流微网孤岛模式下,针对常用的分层控制存在储能控制模式切换频繁、电压波动较大等缺点,本文提出一种基于功率信号判别的控制策略。以光伏阵列、混合储能系统、燃料电池构成的直流微网为研究对象,通过对光伏输出功率、直流母线电压电流及混合储能系统的SOC(state of charge荷电状态)等信息的实时采集,判断直流微网内的功率大小和方向,通过对各分布式电源的协调控制,使得微网系统功率达到平衡状态,进而维持直流母线电压的稳定。基于Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型,验证了微网不同模式切换控制策略的有效性,其控制策略明显优越于常用的分层控制策略。     

基于交直流混合微网构架的电能路由器

研究了一种基于交直流混合微网构架的电能路由器,分析了其工作模式,并设计了相应的控制策略。对集成了分布式电源和储能单元的电能路由器系统,在并网和孤岛两种工作模式下进行了仿真研究,验证了本方案的有效性和可靠性。此外,通过在逆变器和储能单元控制回路中引入功率前馈补偿验证了通信机制在电能路由系统中的重要性。研究结果表明,电能路由器可以有效整合各种分布式电源,是一种有前途的可再生能源利用方案。     

交直流混合微电网中互联变流器功率控制

针对交直流混合微电网,分析了各子网的下垂特性以及并网和离网2种运行模式下的功率平衡关系。为避免互联变流器频繁动作,提高系统电能质量,提出了一种基于单位化处理的交直流混合微电网下垂控制方法,并设计了误差动作阈值,推导了误差与交换功率之间的数学关系,实现了互联变流器的分区段控制。在PSCAD/EMTDC搭建了交直流混合微电网仿真模型对控制策略进行仿真,结果表明,在并网和离网2种运行模式下,互联变流器在相应区间都能准确、快速地调节直流微电网与交流微电网之间的交换功率,实现交直流混合微电网的稳定运行,验证了控制策略的可行性。