使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

面向新能源波动的微电网频率和电压控制策略

在含有分布式电源(DG)的微电网中,传统的下垂控制会导致系统频率、电压出现较大的波动,需要上层的控制环节进一步消除这种偏差。然而在分层控制的框架中,各类控制策略多采用集中式控制,对通信有着较多依赖,使微电网的频率、电压调节和功率的分配具有一定的局限性。为实现分布式控制,依靠对多智能体一致性算法的运用,提出了一种分布式分层控制策略,以维持微电网的额定频率和电压以及实现有功、无功负荷在DG间的灵活分配。最后,通过实验验证了该控制策略的有效性。     

孤立微电网分布式二级功率优化控制

针对传统下垂控制的功率分配精度易受线路阻抗影响的不足,提出一种孤立微电网分布式二级功率优化控制策略。各分布式电源的控制器构成一分布式稀疏通信网络,与邻居控制器交互电压、频率信息。在仅有邻居分布式电源信息的基础上,利用一致性算法得到全网的平均电压和频率,用于二级优化控制。通过优化下垂控制的电压和频率参考值,实现有功功率按照额定容量比例精确分配的目标,并且进行系统电压和频率的调节。由于不存在中心控制器,该策略可靠性较高。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

基于事件触发的孤岛微电网二次协调控制策略

传统的下垂控制策略会导致孤岛微电网系统稳态的频率和电压偏移,且存在依赖于周期性通信、通信负担大等问题。对此,提出一种基于分布式事件触发的电压和频率二次协调控制策略。该策略针对多智能体的一致性追踪同步问题,将微电网中DG(分布式电源)视为多智能体系统中的智能体,将二次频率和电压作为追踪同步目标。所提出的控制策略仅要求分布式控制器之间在事件发生时刻进行通信,有效节约了通信资源,同时还具有频率和电压恢复功能以及准确的有功功率比例分配。采用Lyapunov方法分析了二次协调控制的稳定性和可行性,并通过孤岛微电网测试系统验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

一种适用于直流微电网的自适应下垂控制策略

下垂控制能够实现功率的按比例分配,在直流微电网中被广泛应用。然而由于线路阻抗存在差异,采用传统下垂控制的分布式单元在电压偏差和电流精准分配之间存在矛盾。为此,利用电压偏差截距补偿法和功率分配环节对下垂系数进行自适应调节,实现了直流微电网系统各个分布式电源功率的精准分配和电压补偿,并使用四端直流微电网仿真模型验证了所提出的控制策略的有效性。     

一种微电网逆变器下垂控制策略仿真分析*

针对传统下垂控制无法有效根据负荷变化进行功率分配的问题,提出加入功率给定项的控制策略,确定了合适的控制参数,有效解决并联分布式电源功率分配和微电网孤岛运行的电压、频率支撑问题。搭建采用功率给定项下垂控制策略的微电网模型,仿真验证了该控制策略能有效提高微电网系统运行的稳定性。     

交直流混合微电网群分布式自治经济控制策略

为实现交直流混合微电网群在孤岛状态下的自治经济控制,提出一种基于离散一致性原理的分布式控制策略。该控制策略包含子微网控制与微电网群间控制2个层面。在子微网控制层面,通过在传统经济下垂控制中引入成本、频率、电压及无功分配的二次调整项,实现了子微网的自治稳定与功率经济分配;在微电网群间控制层面,通过构造基于成本微增量偏差值的换流站本地控制策略,并进一步引入基于离散一致性的二次调整项,实现了功率在不同子微网间的经济分配。2层控制策略相互配合,共同实现对交直流混合微电网群的分层–分布式自治经济控制。最后,基于所建交直流混合微电网群模型的仿真结果,验证了所提方法的有效性。     

孤岛微电网电压谐波补偿及电流均衡控制策略

孤岛微电网由于接入大量非线性负荷,导致微电网易出现电压谐波现象,以及谐波电流因线路阻抗各异无法按分布式电源(DG)容量比例分配问题。为此,提出一种采用分层协同控制策略以实现电压谐波补偿及谐波电流均衡控制的方法。在分布式二次控制中,通过与邻域节点交换各主要次谐波电流和谐波畸变率信息,采用一致性算法获得全网的谐波电流和电压谐波畸变率平均值,自适应调节功率下垂控制的电压谐波补偿参考值,以实现电压谐波补偿和谐波电流均衡协同控制。最后,通过仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

基于电力弹簧的微电网分布式发电协同控制

针对微电网运行时的电压和频率波动问题,建立了基于电力弹簧的分布式发电协同控制方法,以保证微电网的稳定运行。首先,基于电力弹簧的基本原理建立功率控制模型,利用电力弹簧的相位和幅值同时可控的特点,分析电力弹簧的四象限特性;在此基础上,设计了电力弹簧有功/无功协同控制方法,基于离散一致性算法,提出一种电力弹簧接入微电网的分布式发电协同控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了微电网中发生电压突变、分布式发电功率突变以及负载功率突变3种情况下该控制策略的有效性,对比分析有无电力弹簧接入下系统电压和频率波动情况。实验证明:电力弹簧可以通过同时进行有功/无功补偿来有效解决微电网中分布式电源和负载变化引起的电压、频率波动,保证微电网的稳定运行。     

微电网二次频率/电压控制器的反馈线性化设计及分布式实现

针对以微型同步发电机组为二次控制主体的微电网,提出了一种在孤岛运行模式下的二次频率/电压分布式控制策略。首先,利用反馈线性化方法,设计了一种适用于微型同步发电机的二次频率/电压控制器,可消除由于微型同步发电机组一次控制导致的系统频率与电压偏差。其次,基于多代理系统理论,提出了一种分布式控制策略。所提出的频率/电压控制器只需要交换在通信有向图上的邻居节点频率/电压信息,不依赖中央控制器和复杂通信网络,提高了微电网的可靠性,同时可实现微型同步发电机有功出力按额定比分配。最后,在某一实际的微电网上验证了提出的二次控制策略的有效性。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协调控制

直流微电网的主要控制目标是维持母线电压稳定及实现负荷的按比例分配。为克服直流微电网采用集中式控制的缺陷,提出了一种分布式的协调控制策略。该控制策略利用分层结构,在原始下垂控制的基础上引入电压二次控制及发电成本运行控制,各发电单元仅与相邻通信单元进行信息交互,通过有限时间一致性算法,最终实现电压稳定及发电成本最小等多控制目标。所提控制策略兼具分层控制与有限一致性控制的优点,灵活性高、鲁棒性强、收敛性能好。为了验证所提出的控制策略,搭建了相应的直流微电网模型,并对电源投退、负荷波动等不同场景进行了仿真,算例结果验证了该策略的有效性。     

含异构分布式电源的微电网无功功率分散分层控制策略

无功功率—电压下垂与电压—无功功率下垂是多逆变器孤岛微网系统中两种典型的分布式电源无功控制方式。针对含异构分布式电源的微电网,提出了无功功率的分散分层控制策略:①通过改进空载电压,能够在阻抗不匹配的情况下实现无功功率的合理分配,并将公共连接点(PCC)电压恢复至额定值;②基于不同时间尺度搭建分层结构,能够满足微网静态和动态性能的需求;③摆脱传统控制中通信的制约,实现分布式电源即插即用效果。最后,小信号分析、时域仿真以及RT-LAB硬件在环仿真实验验证了控制策略的可行性和有效性。     

考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制

孤岛微电网在运行过程中对其输出电压、频率控制有较高的实时性要求。考虑孤岛微电网运行过程中易受负载投切、通信拓扑切换等多种干扰的影响,提出了一种改进的考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制方法,实现孤岛微电网输出电压、频率的有限时间调节控制。首先,在传统的有限时间控制算法中加入一项幂指数为1的跟踪误差控制项,构建孤岛微电网有限时间分布式一致性电压、频率控制算法,并且分别建立闭环随机系统模型。其次,通过Lyapunov稳定性判定方法验证所提方法的稳定性,并计算出有限时间上界表达式。最后,在Matlab/Simulink上通过仿真验证了所提控制方法的有效性。     

独立微网下频率和电压自恢复的二次调节及功率分配控制方法

传统的虚拟同步机控制策略在独立微网运行情况下系统出现大容量负载投切时,系统频率和电压会偏离额定值,严重时将会发生频率和电压越限,影响系统的安全运行。为解决这个问题,首先基于虚拟同步机控制策略提出一种在独立微网下频率和电压二次自恢复调节控制方法,实现变流器的频率和电压自治恢复调节。其次,针对变流器线路阻抗参数不一致,导致变流器输出有功功率和无功功率分配不均的问题,分析产生此现象的原因,提出功率均分控制策略,实现功率的分配控制。最后,采用单母线和网状2种结构对提出的控制算法进行验证。算例结果证明该控制策略的有效性和通用性。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协同控制

直流微电网的控制目标主要是实现维持电压稳定和负荷比例分配,传统的下垂控制无法同时兼顾两个控制目标,而集中控制存在依赖中央控制器等弊端。文中提出一种基于有限时间一致性的直流微电网分布式控制策略,在下垂控制的基础上,提出包括电流矫正控制和电压调节控制的分布式二次控制。该策略基于多代理系统及其分布式交互协议实现,各分布式电源代理仅与邻居交互输出电流信息,通过有限时间一致性协议,完成各分布式电源的输出电流按比例分配,并利用平均输出电流进行电压协同调节。所述控制策略以分布式的方式实现,能够满足分布式电源即插即用的要求,采用有限时间一致性算法具有较好的收敛性能。为验证该策略的控制效果,在PSCAD/EMTDC中建立了详细的直流微电网模型进行仿真。结果表明所述策略可以有效地完成直流微电网电压稳定和负荷比例分配的控制目标。     

基于自适应虚拟阻抗和相位补偿的改进下垂控制

由于微网中线路阻抗呈非纯感性,且线路阻抗与分布式电源容量不匹配,导致有功功率和无功功率之间强耦合且功率不能按容量进行分配。文中在利用下垂控制时,在传统虚拟阻抗的基础上进行改进,提出了一种自适应虚拟阻抗控制策略,降低了功率之间的耦合关系,并可使无功功率按容量分配。但由于下垂控制的特性和虚拟阻抗的利用,导致了电压和频率的偏移,因此增加了电压补偿控制和改进的相位补偿控制,使输出电压、相位、频率均和参考值一致,最后通过小信号稳定性分析和仿真验证了文中所提控制策略的合理性和有效性。     

改善功率分配及电能质量的微电网分层控制策略

采用传统下垂控制的多微源逆变器在独立运行时,由于线路阻抗的影响,各微源无法按容量比例精确分配负荷无功功率。为了提高系统的无功功率分配精度,文章在深入分析逆变器总阻抗对负载功率分配影响的基础上,指出逆变器总阻抗和额定容量成反比是实现功率合理分配的充要条件,于是提出了一种微电网分层控制策略。第一层控制设计了基于旋转坐标系的虚拟阻抗,以消除微电网中的有功功率和无功功率耦合现象,同时还可以改善无功功率分配性能;第二层中央控制器通过向第一层控制反馈无功功率调节量,进一步实现了无功功率的无差分配,此外,对系统频率和母线电压进行调整,从而优化了系统的电能质量。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了两台微源并联模型,仿真结果对比图验证了文中所述控制策略的正确性和可行性。     

逆变器参数不匹配微电网改进下垂策略

针对逆变器线路阻抗和逆变器参数不匹配以及本地负载不均衡的微电网系统,提出一种改进的P-V控制策略,该策略计算各个分布式发电单元输出有功功率的平均值,然后将平均值与本地有功功率测量值作差,利用该差值的积分项对输出电压幅值进行补偿,从而实现高精度的功率均分。该方法使系统具有很好的稳定性和动态性能,在复杂的微电网结构中也能得到很好的功率均分效果,能够实现不同功率等级逆变器间功率的精确分配。仿真和实验结果证明了方案的正确性。     

孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制

针对传统的下垂控制策略会导致孤岛微电网稳态角频率和电压偏离额定值,且其依赖周期性通信的问题,提出一种孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制.首先基于多智能体系统的追踪一致性,即以系统稳态电压和角频率参考值为虚拟领航者,视分布式电源(DG)为多智能体系统的智能体,来实现系统电压和角频率的恢复控制以及期望的有功功率比例分配.然后设计了分布式有限时间事件触发二次协调控制,且只在事件触发时刻进行信息交换,其余时刻利用状态估计器输出代替DG实际状态.采用李雅普诺夫方法分析了所提策略的稳定性和可行性.最后在MATLAB/Simulink中搭建孤岛微电网测试系统进行仿真分析,仿真结果及理论分析验证了所提控制方法的有效性和优越性.     

基于虚拟负电阻的航空静止变流器并联控制策略

在航空微电网系统中,通常需要航空静止变流器提供稳定的电压和频率。为了提高微电网的容量,通常采用多台变流器并联运行,但并联变流器的输出阻抗以及线路阻抗的差异会导致系统功率分配不均问题。在负载不对称的情形下,微网系统的线路阻抗会增加公共点电压的不对称度,影响微网的供电质量。为解决上述问题,采用有互联线的分散逻辑控制策略对系统功率进行均分,并加入了虚拟负电阻策略,降低了当不对称负载出现时并联系统三相电压的不对称度。最后通过实验平台验证了策略的正确性。