微电网孤岛运行的自适应主从控制技术研究

针对传统的基于单个V/f电源的主从控制策略受主控电源容量限制的缺陷,提出了一种适用于孤网运行状态的新的微电网主从控制策略,即以V/f控制的微电源为核心的多主电源控制方法,在微电网中可设置多个此类电源。该控制策略不需要通讯,可自行按照预设的裕度相互配合运行,并达到较好的自适应能力。利用Matlab/Simulink软件进行仿真验证,结果证明了提出的微电网控制策略是正确的和可行的,在并网和孤岛运行时都具有良好的运行特性,为微电网运行控制提供了有效的途径。     

基于储能的可再生能源微网运行控制技术

建立了包括光伏、风电、储能和能量管理系统(EMS)的典型微网结构,给出了基于储能的微网组网方案和运行控制方式,分析了储能在微网离网运行、并网运行及无缝切换等过程中的控制作用。基于LCL滤波器的储能电压源型变换器,提出了包含逆变器滤波电感电流环、滤波电容电压环和并网电感电流环的三环控制策略,通过保持内部两环的稳定性实现微网运行模式的平滑转换。最后,搭建了微网研究与测试平台,验证了上述控制策略的有效性。     

含多种分布式电源的微电网控制策略

针对微电网的并网与孤岛运行方式以及2种运行方式之间的转换,提出了一种含多种分布式电源的微电网控制策略。该控制策略中微电网中心控制器连续监测微电网和大电网的运行状态并对微电网进行统一的协调控制:对于并网运行的微电网,当检测到孤岛状态时立即切换到孤岛运行控制方式;对于孤岛运行的微电网,通过选择主调频电源实现微电网频率的无差调节,避免了下垂控制产生的频率偏差;微电网重新并网时,通过采用电压灵敏度分析方法调节并网接口处的电压幅值并监视与大电网的电压相位差,实现微电网运行方式的平稳切换。采用PSCAD/EMTDC软件对含多种分布式电源的微电网进行仿真分析。仿真结果表明,提出的控制策略能够维持微电网的稳定运行,并能实现微电网并网与孤岛运行方式的平稳过渡。     

基于换流器归一化模型的微电网无缝切换控制策略

针对采用主从控制模式,以储能系统作为组网单元的联网/孤岛双模式运行的微电网系统,首先介绍了微电网联网/孤岛双模式无缝切换控制策略;其次提出了“外环并行,内环共用”的储能换流器P/Q模式与V/f模式归一化控制模型,同时完成归一化控制器的参数设计以及归一化控制系统的稳定性分析;依托RT_Lab实时仿真平台,完成微电网联网/孤网双模式运行实时仿真模型搭建,完成控制策略的仿真分析,最后在国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心微电网实验平台进行了微电网联网/孤岛双模式无缝切换实验,实验结果验证了控制方法的有效性。     

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。     

基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换控制策略

对于采用对等控制策略的微网系统,如何实现孤岛/并网运行模式间的无缝切换是一项亟待克服的技术难点。文中首先介绍微网系统的基本结构与工作模式,针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出一种满足微网孤岛/并网切换的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。其次,为了适应微网的并网运行特性,提出一种基于控制器状态跟随的并行切换方法,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ/VSG控制模式间的无缝切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,共同验证了所提控制策略和并行切换方法的有效性。     

微电网孤岛运行下垂控制分析及仿真

微电网一般有并网和孤岛运行,并网运行一般采用功率解耦控制,其网络电压和频率由大电网决定,而孤岛运行时,网内电源决定微电网的电压和频率。由于一次能源波动和负载波动,为了维持微电网电压和频率稳定,采用电压频率下垂控制,分析了下垂控制的基本理论,给出应用下垂控制的微电网仿真波形。     

微网孤岛运行的分散自趋优控制策略

提出了一种适用于微网孤岛运行的分散自趋优控制策略,该策略无需微网中央控制器和通信系统即可实现系统的三次分层控制,包括分散一次控制、分散二次控制和分散三次控制。其中,一次控制沿用传统的线性下垂控制策略,保持了微网良好的线性动态特性;二次控制仅借助各台分布式发电机的输出端频率信息即可直接参与系统调频,使微网的频率能够维持在允许的范围内;三次控制采用考虑发电机成本的非线性下垂控制策略,使各台分布式发电机遵循等微增率准则,实现微网的优化运行。此外,通过设计不同时间常数的低通滤波器,使三次分层控制实现了动态解耦,使控制策略既能满足微网静态特性的要求,又具有良好的动态特性。最后,由仿真算例验证了所提控制策略的有效性。     

Small-signal modeling and parametric sensitivity of a virtual synchronous machine in islanded operation

The concept of Virtual Synchronous Machines (VSMs) is emerging as a flexible approach for controlling power electronic converters in grid-connected as well as in stand-alone or microgrid applications. Several VSM implementations have been proposed, with the emulation of inertia and damping of a traditional Synchronous Machine (SM) as their common feature. This paper investigates a VSM implementation based on a Voltage Source Converter (VSC), where a virtual swing equation provides the phase orientation of cascaded voltage and current controllers in a synchronous reference frame. The control system also includes a virtual impedance and an outer loop frequency droop controller which is functionally equivalent to the governor of a traditional SM. The inherent capability of the investigated VSM implementation to operate in both grid-connected and islanded mode is demonstrated by numerical simulations. Then, a linearized small-signal model of the VSM operated in islanded mode while feeding a local load is developed and verified by comparing its dynamic response to the time-domain simulation of a nonlinear system model. Finally, this small-signal model is applied to identify the dominant modes of the system and to investigate their parametric sensitivity.     

基于分布式电源的微电网群柔性聚合与分层控制

微电网群柔性聚合是采用柔性直流输电技术将多个微电网互联成一个整体的技术,可以很好地克服交流互联所带来的低频振荡、互联冲击电流、高低压电磁环网等问题,并具有高度的延展性和灵活性.文中对微电网群柔性聚合方法进行了系统性的研究.提出多种柔性聚合的基本结构;构建柔性聚合分层控制体系,包含优化调度层、协调控制层和子微电网自治管理层;针对于不同的运行场景,提出聚合并网、聚合孤岛、解列并网和解列孤岛运行模式及相对应的切换控制策略.采用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建柔性聚合仿真模型,仿真结果表明柔性聚合在不同运行模式下均可表现出可靠性和稳定性.     

微网中分布式电源和多储能的协调控制策略

通过分布式电源和储能的协调控制,微网并网运行时可参与电网调度,且在并网和孤网状态下都能够多模式运行。正常运行模式下负荷优先分配给分布式电源,当分布式电源最大输出功率小于负荷、系统出现功率缺额时,才由储能补偿缺额部分,减小储能损耗,提高微网运行的经济性。通过多运行模式的配合,使储能荷电状态维持在合理范围内,储能处于可充放状态,提高微网并网运行调度的灵活性和孤网运行的稳定性。针对微网中含有多个储能的情况,提出多储能协同控制算法,在满足分布式电源和储能协调控制要求的前提下,能够根据储能荷电状态偏差的变化,动态地调节各储能充放电功率,使其快速平滑地达到荷电量平衡。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

基于改进线性二次调节器的微电网运行模式无缝切换控制策略

微电网的主要特点之一是能够在并网模式和孤岛模式下运行,进行微电网运行模式之间的切换可能导致电压和频率的显著波动,严重时会威胁到整个系统的稳定性。无缝切换控制策略是保证微电网稳定可靠运行的关键,为解决传统无缝切换控制策略易受干扰影响和动态稳定性差的问题,提出了一种基于改进线性二次调节器的微电网运行模式无缝切换控制策略,该策略包括并网-孤岛平滑调节器和孤岛-并网平滑调节器。并网-孤岛平滑调节器通过对传统电压控制环的改进,可以为系统提供更多的阻尼并补偿逆变器输出处的瞬态电压降,从而改善系统动态性能。同时,通过对传统下垂控制策略的改进,可以根据系统有功功率的变化来调整其下垂系数,在受干扰的情况下能够将频率偏差降低到期望的水平。孤岛-并网平滑调节器考虑内部控制回路和PLL动态的情况下,根据并网控制策略下的状态空间模型对传统电流控制回路进行了改进,可以保证PCC两侧电压的同步性和微电网频率的稳定性。最后,对所提出的控制策略进行了小信号分析,同时研究了孤岛检测算法对控制策略的潜在影响,突出了所提策略的鲁棒性,并验证了所提控制策略能够平滑稳定地实现微电网运行模式间的切换。     

低压微电网采用坐标旋转的虚拟功率V/f下垂控制策略

针对低压微电网线路与传统高压输电线路阻抗比的不同而引起的功率耦合问题,提出一种采用坐标旋转的虚拟功率控制策略。该方法通过坐标旋转正交变换矩阵,实现了功率的解耦控制,对采用下垂控制特性的电压/频率控制进行了改进,提出了新的下垂限幅控制算法。此外专门设计了低通滤波器,以有效降低谐波影响和增加控制精确性。考虑低压微电网孤网时负荷扰动和孤网至联网运行状态的切换,仿真验证了所提出的低压微电网控制器具有良好的适应能力。实验结果表明,该方法在低压微电网环境下能有效实现负荷变化时不同微电源间变化功率的共享,且频率和幅值较为稳定、动态效果好、工程实现简单,提高了系统功率分担的精确性和稳定性。     

风/光制氢系统的同质化建模

随着能源技术的快速发展,风/光制氢系统将成为典型能源存在场景。本文分析风/光制氢系统中异质能源的功率交换特性,从功率/能量的供需平衡角度出发,建立风/光制氢系统的同质化分析模型;根据对模型运行域的分析,建立统一的分析框架,并通过3个维度对风/光氢制氢系统边界条件进行分析;并根据历史数据,绘制出力散点图,分析运行点规律及运行点指标范围,并对系统运行域进行合理分析。     

微网并网向孤岛运行模式的平滑切换控制方法研究

微电网存在两种运行模式,即并网运行和孤岛运行模式。微电网并网运行模式向孤岛运行模式的平滑切换对实现微电网正常运行以及负荷可靠供电有着重要的意义。提出了一种自适应系数的下垂控制方法应用于并网模式转变为孤岛模式,并分析了自适应系数下垂控制方法的工作原理,能够有效地解决并网模式向孤岛模式切换时引起的电压波动大、频率不稳定的情况。最后用MATLAB仿真证明了此方法的可行性。     

Online Droop Tuning of a Multi-DG Microgrid Using Cuckoo Search Algorithm

This article presents an intelligent strategy to achieve appropriate real power sharing among distributed generators in a microgrid. The presented strategy employs two droop-based control methods and automatically adjusts their parameters. The first method is unit power control, which has specifications similar to the conventional droop method, and the second is feeder flow control, showing significant characteristics in both grid-connected and islanded modes operation of a microgrid. A combination of unit power control and feeder flow control methods is used for a multi-distributed generator microgrid. The microgrid operation mode passes from the grid-connected to the islanded through a transition. A new evolutionary algorithm called cuckoo search is employed to coordinate the power management of distributed generators within an on-line droop tuning. In comparison to the predecessor evolutionary algorithms, the cuckoo search algorithm represents more effective random processes with fewer parameters. Using the proposed control strategy, while the distributed generators contribute to load demand provision based on their rated powers, their powers are optimized in terms of overshoot and settling time. Digital time-domain simulation studies are carried out in the MATLAB/SIMULINK (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) environment to verify the performance of the proposed control system.     

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。     

基于一致性算法的微电网无差调频控制策略

微电网孤岛运行时,采用传统下垂控制策略的微电网频率因其输出功率的变化而偏离额定值,为此,提出一种微电网下垂系数自调节控制策略。微网内各微源由一致性算法获得下垂系数自调节值,实现微电网频率无静差,同时确保有功功率按额定容量分担负荷,在PSCAD中搭建微网模型,并与传统下垂控制仿真结果对比,表明了控制策略的有效性。     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。