带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略

为保证微电网系统稳定运行、各发电单元之间功率平衡以及输出电能质量良好,采用混合储能装置作为含光伏发电微电网系统的储能部分。提出了含光伏发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。当光伏发电并网系统的能量管理采用功率分配型控制策略时,直流母线电压幅值的稳定受发电单元侧控制,通过控制微电源与三相逆变器输送给电网能量之间的平衡来保持直流母线电压稳定;当新能源或本地负载功率发生突变时,由于蓄电池和超级电容储能装置具有较好的能量互补特点,通过控制蓄电池吸收或释放低频功率,超级电容吸收或释放高频功率,可以抑制负载突变对直流母线造成的冲击。仿真和实验结果表明,上述控制策略能有效、快速地调节系统有功、无功功率输出,抑制微电网系统负荷突变引起的功率波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

带混合储能的光伏并网系统功率协调控制策略研究

针对光伏发电系统功率输出随机性强、波动性大等问题,本文提出了一种光伏超级电容蓄电池电解槽混合发电系统功率协调控制策略。分析并建立了光伏、超级电容、蓄电池及电解槽的数学模型,构建了一种将系统各单元通过变换器汇集于直流母线的混合系统结构。该控制策略将超级电容和蓄电池两者的荷电状态SOC(State of Charge )均考虑在内,通过对不同工况下系统各单元出力的协调控制,在实现直流微电网有功功率平衡的前提下,达到维持直流母线电压稳定和平抑系统并网功率的目的,提高了光伏利用率。利用PSCAD/EMTDC软件进行建模与仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性。     

带混合储能的光伏并网系统功率协调控制策略研究

针对光伏发电系统功率输出随机性强、波动性大等问题,本文提出了一种光伏-超级电容-蓄电池-电解槽混合发电系统功率协调控制策略。分析并建立了光伏、超级电容、蓄电池及电解槽的数学模型,构建了一种将系统各单元通过变换器汇集于直流母线的混合系统结构。该控制策略将超级电容和蓄电池两者的荷电状态SOC(State of Charge)均考虑在内,通过对不同工况下系统各单元出力的协调控制,在实现直流微电网有功功率平衡的前提下,达到维持直流母线电压稳定和平抑系统并网功率的目的,提高了光伏利用率。利用PSCAD/EMTDC软件进行建模与仿真分析,验证了本文所提控制策略的有效性。     

不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越控制

并网逆变器在传统低电压穿越控制中存在有功功率指令不明确,易受直流电压外环控制参数影响的问题。此外两级式光伏并网系统中前级DC-DC变换器根据直流母线电压波动情况被动调整光伏输出功率,导致光伏侧动态响应速度较慢。提出了一种结合超级电容的两级式光伏并网系统不对称故障低电压穿越控制策略,该策略重点关注低电压穿越期间光伏侧的输出特性,可根据逆变器的输出能力计算其可输出的最大有功功率,利用直流母线两端的超级电容变换器稳定母线电压,光伏升压变换器用于控制光伏功率出力以快速与逆变器有功功率出力匹配。仿真结果表明,在不对称故障下,所提方法可在稳定直流母线电压的同时,实现光伏侧输出功率的快速调节。     

光伏发电-超级电容储能并网系统的直流母线电压稳定控制

光伏发电并网系统因太阳能的周期性和间歇性会对电网造成扰动,影响电网的安全稳定运行。针对双级式光伏并网发电系统,在直流母线侧增加超级电容储能可以平抑光伏发电功率的波动。从控制功能的角度,将光伏发电-超级电容储能并网系统分为光伏发电、逆变器和超级电容储能3个功能独立的子系统;建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析确定各子系统分别实现最大功率跟踪控制、恒功率控制和直流母线电压稳定控制的具体方案;针对直流母线电压的稳定控制,提出一种基于鲁棒渐近跟踪控制的方法。通过模拟不同辐照强度,不同电网有功-无功功率需求等多种工况进行仿真验证。结果表明,所提控制功能划分合理,控制方法有效且兼有较好性能。     

采用计算机通讯的混合储能系统在光伏电站低电压穿越中的应用

近年来,由于具有绿色环保,取之不尽等特点,可再生能源发电系统成为全球研究热点之一。但是其存在着诸如低电压穿越等条件的限制,影响了新能源并网发电。文章以光伏电站为背景,首先提出利用混合储能系统协助光伏电站单台逆变器抵御低电压穿越的控制策略,采用滑动平均函数,提取低电压穿越时波动功率的直流分量,利用铅酸蓄电池和超级电容不同特性,使蓄电池吸收波动功率中直流缓变分量,保证能量平衡,超级电容处理交流突变分量,维持直流母线电压稳定。该控制策略既满足了光伏并网逆变器低电压穿越的要求,又保证了储能元器件的寿命。然后利用计算机网络通讯技术,通过合理配置不同并网逆变器蓄电池的SOC状态,保证光伏电站内部不同逆变器的蓄电池能量维持在合理范围,能够及时吸收或者释放能量。最后给出了逆变器控制策略的仿真和实验结果,同时也使用C#编写了蓄电池SOC管理软件,进行了测试,仿真和实验结果都验证了文中提出的控制策略的可行性。     

局部阴影条件下太阳能电池-超级电容器件的充放电控制方法

局部阴影条件下,传统光伏阵列中被遮挡光伏组件和未遮挡光伏组件的功率输出特性不一致,导致光伏阵列的功率输出曲线存在多峰值。为此,利用太阳能电池-超级电容器件(Solar cell-supercapacitor device, SCSD)的发电-储能双重功能,构建了以SCSD为基本单元的光伏阵列,并对正常光照和局部阴影下SCSD的数学模型及工作特性进行了分析。在此基础上,提出了一种基于开关网络的充放电控制方法。局部阴影下利用开关网络变换不仅能对SCSD进行独立控制,实现SCSD内部的超级电容对本身光伏功率缺额进行补偿,而且能控制多个SCSD的超级电容相互配合,共同补偿光伏功率缺额。最后基于Matlab仿真,验证了该方法不仅能有效避免储能电池组不均衡问题,而且能在局部阴影下使光伏阵列输出功率曲线恢复单峰值,最大限度地降低局部阴影下的光伏功率波动。     

独立光伏发电系统的能量管理控制策略研究

针对含混合储能的独立光伏发电系统的安全、稳定运行要求,提出一种新的能量管理控制策略。该控制策略在锂离子电池、超级电容分别补偿功率波动低频、高频分量的基础上,增加了锂离子电池的充放电均衡控制。低通滤波单元使得混合储能装置在快速平衡太阳能电池与负载之间的功率差值的同时平滑锂离子电池功率波动。电池均衡策略使锂离子电池单元根据荷电状态自行调节充放电速率,在运行中不断缩小电池电量之间的偏差。仿真验证了所提能量管理控制策略的有效性和可行性。     

具备同步电机特性的级联型光伏发电系统

为了提高光伏发电系统的整体效率和并网友好性,提出了一种具备同步电机特性的级联型光伏发电系统,光伏阵列和储能单元分别接入级联型逆变器的直流端口。研究了基于虚拟电机控制的并网控制策略,能兼顾光伏效率和系统同步电机特性。直流端口电压的独立控制实现了各光伏阵列独立的最大功率点跟踪;整体功率协调控制使储能作为功率缓冲单元,保证了系统功率平衡;虚拟电机控制使系统具备同步发电机的惯性与阻尼特性,能平抑光伏随机性功率波动,并响应电网频率变化,按下垂特性调整输出功率。仿真和实验结果验证了所提系统和控制策略的正确性和有效性。     

含超级电容的新能源直流微电网系统控制策略研究

在含新能源的直流微电网系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以满足要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。将蓄电池与超级电容相连接构成混合储能模块,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供或吸收负载波动功率高频分量,以抑制负载或新能源功率突变对直流母线造成的冲击。提出了含分布式发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。实验表明,该控制策略可控制蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

大规模光伏电站中箱式变电站对光伏组件的影响分析

随着全球能源紧缺,大规模光伏电站越来越成为新能源发电的重要形式之一。大规模光伏发电常采用箱式变电站作为将光伏逆变器出口的低压交流电升为高压电的升压设备。分析了箱式变电站中普遍使用的双分裂绕组变压器对光伏电池的影响。提出了通过减小光伏电池对地电压波动来减小对地回路电流的结论。并得出双分裂变压器两个低压侧绕组存在耦合,引起光伏逆变器低压绕组中心点电压同步波动,从而电池组件产生噪音的结论。最后通过仿真验证上述理论分析的可行性和有效性。     

不对称故障条件下并网光伏逆变器峰值电流抑制策略

不对称故障在电网实际运行过程中时有发生,其导致的输出电流峰值较大的问题严重影响了光伏发电系统的可靠运行。首先对不对称故障条件下并网光伏逆变器输出电流峰值过大的机理进行了分析,进而提出了一种考虑输出电流峰值的参考电流算法,在已有参考电流算法中加入多个调节参数,能够对输出电流峰值和功率波动进行调节。在所提出改进参考电流算法基础上,提出了一种有功无功协调控制策略,有效解决了不对称故障条件下并网光伏逆变器的过流问题,拓展了光伏系统的有功输出能力。通过在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了所提出控制策略的正确性。     

基于参考电流型光伏发电系统变功率输出控制策略

针对两级式光伏并网发电系统变功率输出技术的研究及应用现状,提出了一种新型的参考电流型变功率输出控制策略。通过光伏功率与指定功率的比较,实时改变光伏电流,可以实现最大功率跟踪和指定功率跟踪两种功率输出模式,并且在日照强度变化情况下能够快速有效地控制光伏功率的输出。所提控制策略对Boost变换器进行小信号建模,详细分析了不同功率下光伏阵列等效阻抗对前级系统稳定性的影响,并介绍了双模式功率输出的控制器设计。最后仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于PQ-QV-PV节点的光储输出功率主动控制方法

光伏接入配电网易产生电压越限问题,储能的有功调压能力和光伏逆变器的无功调压能力可向配电网提供有功和无功支撑,以减少电压越限并提高光伏的渗透率。通过分析光伏出力波动时光伏逆变器和储能对光伏并网点的电压调节机理,提出了一种基于PQ-QV-PV节点转换的光储输出功率主动控制方法。该方法首先给各个光伏并网点设置一个较小的电压波动范围,其次依照所提的主动控制策略将光伏并网节点类型根据并网点电压水平依次在PQ、QV和PV节点之间进行转换,从而在考虑减少网损的基础上将并网点电压限制在较小的范围内。仿真分析结果表明,该方法能很好地解决光伏接入下的电压越限问题。     

基于关键因子和辨识技术的光伏并网系统短路电流建模

为了提高光伏并网点短路时光伏系统输出短路电流计算准确性,提出以电压跌落程度n和光伏并网逆变器输出有功p及电网电压正序分量u⁺三个特征量为关键因子,分析推导三个关键因子与光伏并网逆变器输出电流峰值Imax的关系。采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压功率控制策略,基于系统辨识技术,建立光伏并网逆变器输出短路电流模型并辨识其相关参数。运用求和算法,获得近似的光伏并网发电系统输出短路电流模型。基于MATLAB编程软件验证了所建模型的正确性。同时与PSCAD/EMTDC搭建的恒功率控制仿真模型对比分析论证了该模型能较准确反映光伏并网发电系统输出短路电流的大小。     

不对称电网故障下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制

级联型并网逆变器在大容量光伏并网中具有较好的应用前景,有利于解决光伏阵列间的光照不均匀造成的发电效率低的问题。研究了在不对称电网故障条件下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制策略。首先分析了在不对称电网故障条件下网侧电压的数学模型,总结出不同故障条件下三相网侧电压幅值与相位之间的规律。基于上述规律分析了不同故障条件下级联型光伏并网逆变器的控制方法,并提出了基于旁路原理的低电压穿越控制策略。最后建立了级联型光伏并网逆变器低电压穿越控制策略的仿真模型。通过算例仿真,验证了控制策略设计的正确性和有效性。     

合并有源滤波功能的虚拟同步发电机控制策略

提出一种虚拟同步发电机与有源滤波器相结合的并网逆变器统一控制策略。分析了虚拟同步发电机的指令电流与电网谐波电压的关系,论证了统一控制策略中提取电网基波电压用于虚拟同步发电机指令电流生成的必要性,并给出了基于多重二阶广义积分器结构的虚拟同步发电机指令电流生成算法。分析了虚拟同步发电机在多功能并网逆变器中应用引起的冲击电流问题并提出了改进方法。利用Matlab/Simulink对系统进行了仿真,验证了所提出改进控制策略的正确性。     

A control scheme for a three‐phase current source inverter in utility interactive photovoltaic system

A novel PWM control scheme for a three‐phase current source inverter of a photovoltaic (PV) generation system connected to a utility is proposed. The PV‐array output power can be adjusted by controlling the modulation factor in the proposed PWM pattern. The harmonic components of the output currents can be decreased sufficiently to satisfy the requirements of the Interactive Guidelines. Furthermore, a new Maximum Power Point Tracking control is proposed. The inverter output current should be detected, and the modulation factor may be controlled so as to obtain the maximum effective current. The inverter output power can be maintained at the maximum power point despite fluctuations of panel temperatures, insolation levels, and system voltages. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(1): 43–55, 2001     

逆变器侧电流反馈的LCL型三相光伏并网逆变器解耦控制

为了实现LCL型三相光伏并网逆变器dq轴的解耦控制,同时提高系统的动态响应速度,在同步旋转坐标系下,提出一种适用于逆变器侧电流反馈的前馈解耦控制策略。并在电压外环中引入光伏阵列功率前馈、电流内环中引入电网电压前馈。视各耦合项为扰动,采用闭环传递函数的求解方法以获取实现解耦控制的前馈系数,同时分析了滤波器参数在发生变化时其对dq轴解耦效果的影响。通过Matlab建立系统仿真模型,仿真结果表明:所提解耦控制策略使LCL型三相光伏并网逆变器不仅实现了dq轴的解耦控制,而且在保证强鲁棒性及高入网电流质量条件下具有良好的动、静态性能。