直流微电网电池储能系统串并联结构分散控制

电池储能系统BESS(battery energy storage system)串并联结构可以实现小容量低电压等级储能系统接入直流微电网的应用,可以提高端电压且实现储能系统扩容。针对直流微电网BESS的串并联结构,提出一种基于电池荷电状态SOC(state of charge)的分散控制方法。该方法可以实现反下垂控制分配串联模块间电压与下垂控制分配并联模块间功率的目标,且反下垂特性不影响下垂外特性。通过低带宽通信将所有电池SOC信息上传到中央控制单元得到每个BESS的下垂系数与反下垂系数,可以有效实现不同BESS间按容量精确分配功率的目的,消除电池差异延长寿命,避免过放。通过建立小信号模型,分析系统稳定性;通过搭建Simulink仿真模型,验证分散控制的可行性与有效性。     

电池储能系统的非线性控制器

电池储能系统具有快速、独立地输出有功/无功的潜在能力,在负荷平定、不间断电源、电能质量治理等方面具有很高的应用价值。文中以NaS（钠硫）电池为例,根据其在充/放电周期中端电压变化较大的特点,设计了包括DC-DC斩波调压电路和DC-AC整流/逆变电路在内的电网接入系统,建立了包括电池在内的装置数学模型并提出适用于该装置的控制策略。充分考虑了控制对象的非线性特点,采用反馈精确线性化的方法进行分析和控制器设计。仿真结果证明该控制策略具有良好的稳定性和动态响应,在电池参数存在差异的情况下能保持各组电池电流均衡。     

计及系统延迟的直流微电网经济运行控制策略

系统延迟对微电网经济运行控制策略的有效实施影响巨大,针对该问题,提出一种计及系统延迟的直流微电网经济运行控制策略.该控制策略降低了系统对底层拓扑的依赖,实现微电网即插即用功能,并使系统能够在任意通信拓扑下高效实现经济运行控制;其次,通过分析控制延迟与通信延迟对系统的影响机理,提出系统延迟补偿策略,提高系统在高延迟下的稳...     

交直流联合输电系统的鲁棒稳定控制器设计

研究了交直流联合输电系统(AC/DC)的模型和鲁棒控制问题。综合考虑AC/DC系统交、直流部分的动态特性及其实际电力系统中各发电机组的阻尼系数和惯性时间常数的不同性,提出了一类五阶非仿射非线性的控制模型。针对该系统模型的特点,引入相应的鲁棒控制策略,设计了系统的鲁棒线性控制器,通过对直流系统换流器触发角的控制,实现系统稳定和对外界干扰的抑制。仿真结果验证了提出控制策略的有效性和实用性。     

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。     

具有能量回馈制动功能的电动车控制器设计

为了提高电动车的能量利用率,介绍了一种带有能量回馈制动功能的电动车控制器;同时还介绍了实现控制器硬件结构和能量回馈的方法。试验结果表明,该控制器的设计性能稳定,通过了载人爬坡、上坡重载的启动和制动实验,很值得推广使用。     

Bilinear Control for Three-Phase Microgrids: A Proportional-Integral Passivity-Based Design

Abstract

A bilinear PI control based on passivity theory for the adequate integration of distributed energy resources (DERs) in ac microgrids is presented in this paper. DERs are integrated into the grid by voltage source converters (VSC), the most common and suitable technology for this type of application. The proposed control guarantees asymptotically stable operation for the dynamical system under closed-loop operating scenarios via Hamiltonian and Lyapunov formulations. ZP load models and π-model of the transmission lines are considered in the stability analysis of the microgrid. Conventional PI control is also implemented for comparative purposes. Simulation results in Matlab/Simulink demonstrate the effectiveness and stability of the proposed control’s performance in a radial microgrid composed of a photovoltaic generator, a supercapacitor energy storage (SCES) system and unbalanced loads.     

统一潮流控制器的非线性控制

通过独立控制线路的有功和无功功率,统一潮流控制器(UPFC)能够大大提高线路的传输能力。为实现这一目标,装置需要尽可能快的动态响应速度和稳定性。文中提出一种适用于UPFC装置的非线性控制策略,该控制器的理论分析基于同步旋转坐标系,充分考虑了UPFC模型的非线性特点,采用反馈精确线性化的方法进行分析。在此基础上设计得到的控制器较之传统的PI控制和解耦控制策略具有更好的稳定性和更快的动态响应。在EMTDC/PSCAD平台下的仿真结果验证了这种控制策略的优越性能。     

飞轮储能系统能量回馈的精确小信号建模及控制器设计

无刷直流电机驱动的飞轮储能系统可用于平滑风力发电的输出功率,其能量回馈可通过由半桥调制方法构成的Boost电路来实现。本文建立了这类飞轮储能系统能量回馈时的平均值模型,分析了多个物理量对直流母线电压的影响。基于系统的非线性特性,建立了静态点附近的精确线性化小信号模型,得到开关占空比、绕组电动势和系统能量状态对直流母线电压的传递函数。根据电压反馈环开环传递函数的Bode特性选择电容值,确定滞后超前串联补偿类型并简化为带惯性的PID补偿,给出控制器参数确定方法。采用Matlab/Simulink对含无刷直流电机驱动的飞轮储能系统的风力发电系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制器可使直流母线电压基本保持额定值,从而提高了飞轮储能系统能量回馈的稳态和动态特性。     

风储交流微电网自动功率平衡控制策略

风储交流微电网主要包含风力发电设备、储能系统和交流负荷。在风储微电网中,需要建立发电、储能和负荷间的协同功率调控机制,以确保风能得以高效利用;同时尽可能避免储能系统发生过度充电与放电。为此,提出了一种适用于风储交流微电网在离网运行模式下的自动功率平衡控制策略。在负荷轻载下,通过储能系统主动改变微电网频率,由风机主动降功率,放弃部分风能,使得电池不易过度充电;在负荷重载下,微电网频率主动上升,主动切除部分负荷,使得电池不易过度放电。暂态数值仿真说明了该控制策略可实现交流微电网的功率自动平衡,同时有效避免了储能系统的过度充电与放电。     

24V／5A太阳能控制器设计

介绍了太阳能电池的基本原理和伏安特性,提供了一套24V/5A太阳能控制器的电路。该电路将太阳能电池阵列与蓄电池直接耦合,采用低功耗的单片机P87LPC767作为控制电路的核心,实时测量蓄电池的端电压,通过脉宽调制控制太阳能电池阵列的充电电压,并通过功率管控制蓄电池与负载的通断,实现对蓄电池的放电保护。     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.     

黄河三小间水情自动测报系统遥测站供电系统设计计算

介绍了黄河三小间水情自动测报系统遥测站供电系统的方案选择和太阳能电源、蓄电池容量的计算。该系统经过几年的使用 ,效果良好 ,证明其供电系统方案正确、设计合理     

统一电能质量控制器的非线性控制策略研究

建立了UPQC串、并联侧的数学模型,并利用状态反馈精确线性化方法将其解耦成线性系统.在此基础上,结合变结构控制理论,设计了反馈控制器.运用MABLAB软件,对设计的控制器进行仿真研究.结果表明,加装该控制器后可以更有效的对串、并联侧电压、电流进行补偿.     

独立光伏发电系统能量管理控制策略

随着能源危机和环境污染问题日益严重,太阳能光伏发电正成为世界关注的热点。提出一种新的太阳能独立光伏发电系统能量管理控制策略。系统由太阳能电池、蓄电池、单向DC-DC变换器和双向DC-DC变换器组成,太阳能电池提供负载稳定工作时所需要的能量,多余或不足的能量由蓄电池来动态调节。系统能量管理的核心是根据太阳能电池和蓄电池的工作状态,控制单向变换器和双向变换器工作在合适的模式,从而使太阳能电池和蓄电池协调工作,确保供电系统高效稳定运行以及快速的动态响应。通过原理样机验证了所提的系统能量管理控制策略的有效性。     

中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电动机控制器设计

飞轮储能电池（FESS）是一种新型高效环保电池，而飞轮储能电池中，驱动电机的设计是提高电池性能的关键技术之一。根据飞轮储能系统的要求，介绍了基于TMS320LF2407的永磁无刷直流电机控制系统的硬件设计和软件设计。系统精度高，调整方便，易于使用。     

直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.     

直流微网中混合储能系统的无互联通信网络功率分配策略

直流微网中通常采用混合储能系统作为缓冲环节,对分布式能源和负载引起的不同时间尺度功率波动进行补偿。为实现功率在能量密度型储能元件和功率密度型储能元件之间合理分配,提出无互联通信网络的分层控制策略。其中,底层控制以电压变化率作为虚构的信息载体,通过设置不同储能接口变换器输出电压关于功率的"灵敏度",确保超级电容在负载突变瞬间能够提供大部分功率;二次控制对底层控制产生的稳态误差进行补偿,以实现输出电压稳定,并保证超级电容稳态电流为零。在此控制框架下,各储能单元仅需本地信号即可实现自主协调运行,避免了互联通信网络所带来的经济性和可靠性问题。最后,实验结果验证所提方法的可行性和有效性。     

交直流电力系统非线性鲁棒直流调制控制器设计

随着“西电东送、全国联网”战略的实施,大区之间通过交直流并列运行输电系统实现电网互联。性能优良的直流调制控制器可以快速有效地调节直流联络线的输送功率,减轻交流输电系统的暂态输电压力,以提高交流系统的动态性能。以交直流并列电力系统为研究对象,采用基于扩张状态观测器的动态反馈线性化方法,将系统的非线性数学模型动态补偿为一个伪线性系统,然后利用线性鲁棒H∞理论进行控制器综合。仿真试验表明,当交流联络线发生三相短路故障时,给出的控制器能够有效抑制两侧交流系统的功角振荡,且对于系统不确定性表现出良好的鲁棒性,从而使整个交直流电力系统的暂态稳定性得到改善。与基于精确反馈线性化方法的非线性控制器相比,具有更为优越的动态品质。