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.     

基于协同控制理论的微电网频率控制

为提高微电网频率响应的动态性能，提出一种基于协同控制理论的微电网频率稳定性控制策略。根据微电网频率特性与微源的调频特性，基于协同控制理论构建含有系统动态性能及控制指标的宏变量，由定义的控制流形推导出微电网频率调节的协同控制律，设计了一种微电网协同控制器。其中储能装置在系统受到扰动时迅速参与调频，通过释放或吸收功率，减小频率的恶化程度，同时柴油发电机根据储能功率变化量与系统频率对微电网的功率进行调节，保证了微源侧供电的可靠性。最后基于MATLAB/Simulink软件搭建仿真平台，对所设计的控制策略进行验证，对比分析了不同控制方式下微电网调频效果。仿真结果表明所提出的协同控制器可以在微电网功率发生扰动时，充分利用微源的调频特性，快速平抑微电网内功率不平衡产生的频率波动。     

基于模糊分数阶PID的含电动汽车的多能源微电网二次频率控制

为了解决分布式可再生能源间歇性发电和电动汽车接入微电网导致的微电网频率波动问题,针对含电动汽车接入的多能源微电网系统,设计了一种基于模糊自适应理论的分数阶比例-积分-微分(PID)二次频率控制器,通过建立模糊控制规则,结合频率偏差对模糊分数阶PID控制器参数进行实时在线整定.考虑光伏发电和风力发电输出功率波动、电动汽车接入微电网、随机负荷扰动3种不同场景,对所提出的模糊分数阶PID控制方法进行了仿真验证与量化分析.仿真结果表明,相比于传统PID控制器和分数阶PID控制器,所设计的模糊分数阶PID控制器使得系统频率响应振荡减少、超调量明显降低、动态调节时间更短,呈现出更强的抗扰动能力和鲁棒性,对于多能源微电网的二次频率调节具有优良的控制效果.     

混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略

针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,有效提高交直流混合微电网对交流频率及直流电压的抗扰动特性。该文分析混合微电网瞬时功率平衡特性,基于此,提出利用交、直流微电网电源和负荷吞吐特性为交流频率和直流电压提供惯性,并设计相应的控制策略。建立所提控制策略的小信号模型,详细分析转动惯量、阻尼系数、直流下垂系数等关键参数对系统稳定性的影响及有功功率变化时交流频率和直流电压的动态响应,据此给出系统关键控制参数设计方法。最后,分别利用Matlab/Simulink软件和dSPACE实验平台验证所提控制策略的有效性。     

一种提升交直流混合微电网动态特性的综合惯量控制方法

针对交直流混合微电网功率平衡及惯性低的问题,考虑风机、储能惯性支撑能力,提出一种交直流混合微电网综合惯量控制方法。首先,基于交直流混合微电网拓扑结构,简要分析综合惯量控制原则。其次,详细推导混合微电网中风机、储能可提供惯性输出功率的表达式,提出风储联合惯量控制策略。针对混合微电网功率平衡问题,利用交流频率与直流电压之间耦合关系,推导出互联变换器惯性传输功率表达式。最后,建立交直流混合微电网仿真模型,验证了所提综合惯量控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略可充分利用储能大惯量特性,联合风机参与调频调压,为系统提供惯性支撑。该策略维持混合微电网功率平衡的同时保证了两侧子网的电能质量,实现了混合微电网的动态性能提升。     

基于模型预测控制的微电网逆变器控制方法研究

针对微电网内负荷随机性大和网内分布式电源对负荷变化敏感度高的问题,利用模型预测控制中的动态矩阵预估控制对适用于微电网这一特点的专用逆变器输出控制器进行改进。对传统分布式发电系统的并网逆变器内部控制结构在保留传统功率控制器的基础上,利用基于模型控制的动态矩阵预估控制方法设计了模型预测控制器来替代传统控制结构中交流侧的电压环、电流环输出控制器和直流侧电压控制器。仿真实验验证了该逆变器控制方法提高了逆变器控制器的动态响应速度,改善了传统控制器的超调、振荡、稳态误差等问题,逆变器内部控制系统的动态性能得到提升。     

基于虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制

虚拟同步发电机控制能够为电网提供虚拟惯量,提高系统的频率稳定,但在通信线路传输延时的影响下,传统二次频率控制动态特性显著恶化。建立包含二次调频环节、通信延时环节的微电网完整小信号状态模型,基于该模型对虚拟同步发电机接入后的微电网频率稳定进行了研究,讨论虚拟惯量等重要控制参数对微电网频率控制延时边际的影响。针对通信延时对频率控制的负面作用,设计含虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制策略,在原有控制回路中增加延时响应预测环节以补偿通信延时影响。利用PSCAD/EMTDC仿真对比了是否包含延时补偿下系统的频率响应,结果表明所提延时补偿控制策略能够有效提高微电网频率控制对通信延时的鲁棒性并增强系统的频率稳定。     

交直流混合微电网互联变流器改进控制策略

互联变流器是交直流混合微电网的重要组成部分,需要承担交流微电网与直流微电网间的功率分配任务,需要具有良好的动态性能。针对孤岛模式下传统下垂控制的互联变流器存在惯性小、系统瞬态性能差的问题,提出了基于自适应下垂控制的互联变流器控制策略。在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量,动态增加系统惯性,提高系统瞬态性能。在此基础上,为了避免互联变流器整流与逆变模式的频繁切换,提出滞回控制方法,提高了系统的稳定性。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明,孤岛模式下自适应下垂控制方法能够有效增加系统的惯性,提高系统动态过程的稳定性。滞回控制方法可以有效减小死区加入导致的交直流两侧功率分配偏差。     

基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究

为了使双馈异步风机(DFIG)能够更好地参与微电网频率调节并减少有功控制成本,综合考虑风机向微电网输送有功功率和提供备用容量参与系统调频两方面因素,提出了变减载率超速控制法。计及风速出现概率,采用概率加权求和法,考虑减载成本、调频效益和调频恢复成本求解超速控制成本(COC),得到变减载率曲线。通过对一个含DFIG的微电网系统进行仿真分析,验证所提方法可有效改善微电网频率动态特性,减少风机有功控制成本,有利于微电网的稳定运行。     

计及多频率调节因素的孤岛频率协调控制方法研究

相对于大电网支撑条件下系统频率变化特性,电力系统孤岛运行状态中频率变化的敏感性区别于传统频率变化特性。面向电网孤岛运行模式,考虑频率变化过程中发电机调节因素与负荷频率特性调节因素的综合约束,建立频率变化过程的动态模型,采用分段法综合分析发电机调速器模型与负荷频率特性的频率响应过程,提取影响因素的特征变量,并协调多特征变量的控制作用,提出针对于孤岛运行方式下频率控制方法。依据本地区实际电网作为仿真算例,搭建系统运行的仿真模型,应用提出的频率协调控制方法,形成相应的频率调节方案。仿真结果证明了该频率控制方法的可行性,提高了孤岛电网的安全稳定运行水平。     

基于自适应虚拟惯性的微电网动态频率稳定控制策略

微电网作为分布式电源的有效载体,通过分布式电源并联连接形成独立电网。而微电网中传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,在负荷频繁波动下易受到较大扰动。为了提高微电网频率的动态稳定性,文中提出了一种基于自适应虚拟惯性的同步发电机的控制策略,该方法模拟同步发电机的行为,构造频率变化率与虚拟惯性的关系,自适应改变虚拟同步发电机控制的惯性,从而提高微电网系统抗干扰能力和过载能力。相比于传统的交替惯性方法,所构造的自适应惯性算法不需要采样频率微分项,避免了引入系统噪声,同时实现了惯量的平滑灵活调节,具有较强的鲁棒性。另外,利用李雅普诺夫稳定理论分析了所提算法的收敛性和稳定性。仿真和实验结果表明所提方法提升了微电网频率的动态稳定性,从而验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于特征值分析的DFIG风电机组在微电网中的频率控制策略研究

随着电力电子技术的发展,变速恒频DFIG风电机组可通过虚拟惯量控制和超速控制减载运行参与电网频率调整。针对含DFIG风电机组的风光柴中压微电网,采用特征值分析方法,分析DFIG风电机组虚拟惯量控制、超速控制和柴油机调速器控制参数变化时微电网的特征值轨迹,找出反映微电网频率响应特性的典型特征值。并通过分析不同虚拟惯量控制和超速控制参数对应的典型特征值变化轨迹,判断微电网频率稳定性的变化,得到虚拟惯量控制和超速控制参数合理选取范围。为改善频率控制参数选取过大产生的频率振荡问题,进一步改进DFIG风电机组有功功率控制系统PI控制参数,从而在改善微电网频率动态响应特性的基础上提高了微电网小干扰稳定性。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证所提方法对提高微电网频率稳定性和小干扰稳定性的有效性。     

基于温控负荷的孤岛微电网建模与控制

针对风能的随机性和不确定性,在综合考虑需求侧作用机理和储能系统的协调作用下,纳入需求侧响应,建立孤岛微电网的模型。储能系统采用电压-频率控制实现孤岛微电网的电压和频率稳定,采用功率-无功功率控制实现风电机组的最大功率跟踪控制;考虑用户的选择意愿,以冰箱为例,提出一种适用于温控负荷的变参与度控制策略,协同储能系统进行孤岛微电网的功率控制。基于MATLAB/Simulink环境,建立了含有风电电源、储能系统及冰箱的孤岛微电网模型。仿真结果验证了控制策略的可行性,并在保证用户用能舒适的同时,有效减小对储能装置的容量需求。     

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。     

基于同步逆变器的微电网二次调频策略及特性分析

同步逆变器技术在分布式电源并网及微电网的应用得到广泛关注。针对基于多台同步逆变器并列运行的微电网,对等下垂控制策略适用于一次调频控制,当负荷突增或发电功率突降造成微电网总体功率不足进而频率越限时,需要采用二次调频控制,重新确定系统的有功功率–频率平衡点。文章提出了无需通信系统的3种二次调频策略,通过调节可调逆变器的下垂控制曲线,实现在线自动二次调频控制。分别针对3种策略,提出定值在线整定方法,比较了最大定值对最大输出功率的灵敏度及调频动态性能,在此基础上分析了微电网的有功功率–频率特性。最后,用Matlab/Simulink仿真平台搭建包含4台同步逆变器、3个负载的微电网仿真模型,验证了所提策略的有效性。     

应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析

可再生能源、分布式发电和微电网技术长期以来受到广泛关注,传统的并网逆变器控制策略没有考虑其惯性缺失导致频率变化率过快的问题,因而采用虚拟同步发电机策略模拟同步机特性,提升新能源并网发电的备用旋转惯量。对于光伏微电网,当前大多数的虚拟同步机方案将光-储结合结构作为直流侧,其性能的实现仅需要控制逆变器模拟同步机特性即可。该方案控制策略简单,但具有硬件结构复杂、不灵活的缺陷。文章介绍了一种光伏微电网中的虚拟同步发电机结构的应用以及相应控制策略,并研究其动态性能,该结构灵活可靠、易于扩展。仿真和实验证明了该结构及相应的控制策略能在光伏功率波动和负载变化时稳定母线频率,提升微电网的动态性能。     

基于二次调频的VSG自适应反推鲁棒控制研究

针对微电网中逆变器模型的非线性特征、参数摄动、及大负荷扰动造成的频率波动问题,提出一种基于二次调频的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)自适应反推鲁棒控制方法。在建立包含参数摄动以及输出侧负荷扰动VSG数学模型的基础上,通过李雅普诺夫函数设计出VSG的反推自适应控制律,并证明了系统的稳定性;将VSG自适应反推鲁棒控制与二次调频技术相结合,当频率偏差超出设定范围,则启动二次调频,使频率快速恢复至较小范围;自适应反推鲁棒控制算法则能快速自适应补偿系统的不确定性,在小偏差范围内具有较好动静态性能。使系统兼具大偏差快速恢复,小偏差动态响应好的特点。MATLAB/Simulink环境下的仿真结果验证了方法的有效性。     

基于反馈线性化鲁棒控制μ方法的准开关升压型逆变器光伏并网策略

与Z源逆变器相比,准开关升压型逆变器降低了电路体积及成本,更适用于光伏并网系统。将光伏并网系统中的不确定性考虑在内,提出一种基于反馈线性化鲁棒控制μ方法的准开关升压型逆变器光伏并网策略。利用反馈线性化方法建立准开关升压型逆变器逆变侧的仿射线性数学模型,并采用μ方法设计控制器K。仿真结果表明,在外界条件变化时,具有较好的动态性能,能够迅速恢复稳态,且始终保持着较高的功率因数;在参数变化时,对并网质量影响较小。     

基于频率恢复控制的逆变器主动同步策略研究

随着微电网的提出,运行于独立和并网双模式的并网逆变器受到越来越多的关注。逆变器并网过程中与大电网的同步问题是实现逆变器平滑并网的关键,如何保证并网过程中频率和相角的精确快速控制是主动同步控制的难点。本文提出了一种适用于下垂控制的主动同步控制策略,该策略采用频率恢复控制方法使得并网逆变器工作频率固定为额定值,主动同步过程只需考虑幅值和相角同步,简化了控制策略,解决了采用传统下垂控制时频率和相角难以实现同时同步的问题。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。