考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。     

基于P/δ下垂控制的低压微电网频率控制策略

负荷突变情况下,含储能电源孤岛状态下的微电网为了满足快速功率分配,一般采用高下垂增益系数,针对高下垂增益系数影响微电网频率和电压稳定的问题,提出了一种改进的P／δ控制,引入了有功微分增益和无功积分增益系数,减轻了因负荷扰动导致的电压和频率瞬时突变,减小了对微电网造成的冲击,。为了实现二次调压和二次调频设计了二次调节器,提高了微电网孤岛情况下受到负荷扰动时的暂态稳定性,搭建了仿真模型和硬件实验平台验证所提控制策略的有效性。     

基于等效同步功率的孤岛并联构网变流器系统暂态稳定性分析

随着构网变流器在微电网中应用的增长,其对微电网暂态稳定的影响受到了广泛关注。不同于单机无穷大系统,孤岛并联构网变流器系统的频率和功角差相互耦合,暂态响应特性更为复杂。为精准分析孤岛并联构网变流器系统的暂态响应,文中基于功角耦合运动方程建立双机频率和功角差的三阶暂态同步模型,并且分析了双机出力差异和下垂系数对于暂态稳定的影响特征。为揭示出力和下垂系数对于暂态稳定的耦合机理,对双机系统进行等效同步功率分析,并且提出一种基于构网变流器出力的自适应下垂系数优化策略,可以根据出力差异自适应提升双机系统的等效同步功率,进而提升系统暂态稳定性。最后,采用实时仿真验证了三阶暂态模型的正确性和所提控制策略的有效性。     

直流微电网大扰动稳定判据及关键因素分析

混合势函数理论可以给出解析形式的大扰动稳定性判据,是非线性系统大扰动稳定性分析的有效工具。该文以直流微电网为研究对象,建立了并网电压源换流器为主电源时,系统的混合势函数模型,推导了考虑电压环输出限幅下系统的大扰动稳定性判据。基于该判据和李雅普诺夫方法,首先分析了负载类型对系统大扰动稳定性的影响。然后分析了物理参数和控制参数对系统稳定边界的影响,以及稳定性判据和系统暂态振荡次数的关系。基于暂态过程的能量守恒,给出了使得稳定性判据成立的电容极值估算方法,探讨了电压环输出限幅对电容极值的影响,分析了电容对系统稳定性、暂态振荡次数和响应速度的影响。最后,通过电磁暂态仿真验证了稳定性判据的准确性。     

多源多变换微电网大扰动暂态稳定性研究综述

多源多变换微电网整合中低压配电网中特性各异的分布式发电系统和负荷,多类型微电源、多类型负荷动态特性相互耦合、互相影响,传统以交流同步发电机供电电源为基础的系统稳定分析与控制方法无法满足多源多变换微电网大规模发展的要求。首先对近年来国内外多源多变换微电网大扰动暂态稳定性的研究进行评述,归纳总结可再生能源渗透率不断提升下微电网典型运行特性和存在的暂态稳定性问题。在微电网暂态稳定性分类的基础上,分别从微电网暂态稳定问题、暂态稳定分析方法和微电网暂态稳定性提高措施三方面对微电网暂态稳定性的研究动态进行分析、评价和探讨;最后,预测和探讨了微电网大扰动暂态稳定性研究的发展趋势。     

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。     

含风电孤立中压微电网暂态电压稳定协同控制策略

分析了孤立中压微电网中双馈异步风力发电机组(DFIG)与动态负荷的暂态运行特性。为改善含DFIG微电网的暂态电压稳定性,提出了基于就地层储能稳定控制、DFIG快速变桨控制和甩动态负荷的暂态电压稳定协同控制策略。基于PSCAD/EMTDC建立了东澳岛中压微电网系统和稳定控制策略模型,研究结果表明,微电网暂态电压稳定性与微电网中风电渗透率和负荷特性密切相关;在大扰动下,提出的暂态电压稳定协同控制策略能有效增强微电网的电压稳定性。     

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。     

孤岛电网频率变化下分布式电源控制策略

针对微电网孤岛运行模式,传统分布式电源网侧逆变控制策略对微电网频率变化响应不足,分别提出微电网整流与逆变的新型控制策略。分析微电网频率变化下分布式电源的暂态特性,设计一种改进的分布式电源发电侧控制策略,保证分布式电源直流母线电压稳定。变换器网侧采用基于虚拟同步发电机控制策略,并对励磁电流进行补偿,协助孤岛电网频率恢复稳定。用PSCAD/EMTDC对分布式发电系统进行了建模仿真,验证了所提控制策略的有效性和可靠性。研究结果实现了分布式电源在微电网频率变化下的及时响应,所提控制策略对微电网频率波动具有较好的抑制作用。     

含虚拟同步机的微电网频率稳定约束优化调度模型研究

多类型虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)的混杂并网增加了微电网运行控制的复杂性,不同资源的功率协调控制与能量管理是含VSM的微电网需解决的关键问题。该文计及各类型VSM(风机VSM、光伏VSM和储能VSM)的虚拟惯量和有功调频特性,对含VSM的微电网整体惯量和备用容量需求进行修正计算。在此基础上,考虑微电网在并网与孤岛运行模式下频率响应能力的差异性,构建一种含多类型VSM的微电网频率稳定约束优化调度模型,以提升微电网在不同扰动场景下的稳健运行能力。在改进的IEEE 13节点微电网系统中开展算例分析,仿真结果表明所提模型相较传统模型具有更好的频率适应性。     

考虑光伏出力间歇性的微电网故障辨识方法

在光伏高比例接入的孤岛微电网中,太阳辐照度变化将导致光伏出力明显波动,继而影响微电网线路故障电流变化趋势。对于不同辐照度光伏出力,如何准确完成微电网故障辨识是微电网故障保护研究面临的一个重要问题。针对这一问题,首先建立了含有光伏发电的典型微网模型,分析了孤岛模式下太阳辐照度变化对网内故障电流的影响;然后利用快速小波能量熵(wavelet energy entropy,WEE)算法提取线路故障电流的暂态特征,继而选取简洁清晰的暂态特征并构建故障综合样本集;最后,利用典型故障样本集对极限学习机进行训练,形成一种新的考虑光伏出力间歇性的微网故障辨识方法。算例仿真结果表明所提方法既能精确提取不同辐照度下微网故障的暂态特征,又可准确地实现故障辨识,为微电网故障分析和保护提供了技术支持。     

基于风储协调控制的微电网平滑切换控制策略

微电网由并网运行模式转孤岛运行模式的平滑切换是微电网稳定运行研究的重要内容。为提高切换过程的暂态稳定性,针对风光储互补型微电网,在考虑有功功率缺额情况下,设计并提出了基于双馈感应风机有功功率综合控制模型的微电网平滑切换控制策略,利用风机和蓄电池的协调控制减小切换过程的暂态波动。该综合控制模型包括最大功率跟踪控制模块、虚拟惯性控制模块、转速恢复模块和转速保护模块。虚拟惯性控制和蓄电池的协调作用实现了微网运行模式的平滑切换,转速恢复模块和转速保护模块确保了双馈风机安全、稳定运行。基于DIg SILENT Power Factory软件搭建微网模型并进行仿真分析,验证了所提出控制策略的有效性。     

计及感应电动机参数的微电网暂态电压稳定性分析

为分析微电网受三相短路故障扰动后,电压稳定性随动态负荷参数变化的影响,本文设计了一种风光储微电网电压稳定性控制策略,分析不同条件下微电网暂态电压稳定性。由仿真结果可知,感应电动机参数变化对微电网暂态电压稳定性产生不同程度影响,其中增大感应电动机定子电阻、定子电抗、转子电抗、负载转矩、互感和负荷比例,微电网暂态电压稳定性减弱,而增大转子电阻和惯性时间常数,微电网暂态电压稳定性得到增强。     

光柴储微电网系统建模及运行特性分析*

光柴储微电网作为一种既可并网运行又可孤岛运行的多能源互补电力系统,其运行特性受光伏发电出力波动、负荷扰动、切换时的暂态冲击等因素的影响较大。搭建了一个包含光柴储三种能源结构的微电网系统,基于不同发电单元的输出功率特性,对光伏发电单元、柴油发电机单元、储能系统分别采取MPPT控制、下垂控制、PQ控制方式,对系统由并网转孤岛、孤岛下负载突变两种运行模式进行了仿真验证。仿真结果表明,光伏发电单元参与动态功率调节能有效减小运行模式突变情况下的频率波动,提高系统的稳定性,改善系统的电能质量;该系统能最大限度利用光伏发电生产的电能,减少对柴油发电机的使用,有助于保护生态环境。     

光储柴微电网运行特性分析

微电网既可以并网运行,也可以孤岛运行,而孤岛模式下主控微源对电压和频率调节作用的强弱对微电网能否稳定运行影响显著。基于已搭建的以储能电池为主控微源的光储柴微电网,分别在蓄电池不同荷电状态、负载不同程度扰动、是否投入柴发微源的情况下进行三组对比实验,用三相电能质量分析仪记录相关波形,分析不同实验条件下微电网的运行特性。实验结果表明,蓄电池的荷电状态、负载的扰动情况对微电网的稳态孤岛运行有重要影响;柴发微源的投入会抢占蓄电池对电压和频率调节的主导作用,需对蓄电池容量进行优化配置。根据实验结果,对蓄电池容量进行了优化,可以保证蓄电池的主导作用。     

微电网基于下垂控制的改进孤岛检测技术研究

由于微电网要求能够在并网和孤岛两种模式下运行,孤岛检测技术必不可少。为此,利用逆变器下垂控制方法中频率和有功的线性关系,在参考功率上添加有功扰动,使逆变器的频率在电网故障时偏离出正常范围,以达到孤岛检测的目的。在此基础上,改进了有功扰动的选取,通过判断频率连续偏移次数来给定相应的有功扰动系数,在系数中引入频率正反馈,加快孤岛检测速度,减少对微电网并网运行时的电能质量的影响。同时,分析微电网结构特点,给出了孤岛检测算法在其中的应用方案。通过仿真,证明了孤岛检测算法用于微电网的有效性。     

适应负荷特性变化的微电网孤岛运行控制策略研究

针对微电网孤岛运行方式下其系统稳定性受负荷大小与类型呈现不同影响,从微电网中分布式电源(Distributed Generation,DG)的构成出发,提出一种适应负荷特性变化的DG逆变器主从控制策略。即DG逆变器采用基于V/f和PQ的主从控制,实现微电网孤岛下系统电压、频率稳定和负荷的平衡。基于Matlab构建微电网孤岛运行模型,在接入阻性、感性和阻感性负荷下,仿真分析了微电网DG逆变器主从控制下系统电压、频率和输出负荷的运行特性。同时也通过微电网试验平台验证了DG逆变器主从控制策略的正确性、有效性。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

微电网孤网运行特性研究

微电网孤网模式下主控微源对电压和频率的控制能力对于微电网的稳定至关重要.基于 DIgSILENT 软件平台对微电网孤网运行模式下负荷的扰动、储能电池不同的额定功率对微电网电压/频率特性的影响进行研究.仿真结果表明,储能电池额定输出功率越大对电压和频率的调节作用越强,调节时间越短;负荷波动越大对电压影响越大,微电网越不稳定,在运行中应避免负荷的剧烈变化。     

微源并网逆变器下垂控制策略的改进研究

针对下垂系数大难以保证微电网稳定性,下垂系数取值小则反应速度慢的不足,提出了一种基于类似磁滞曲线的非线性下垂特性的逆变器下垂控制策略,通过实时改变下垂系数,提高负荷功率分配精度,有效抑制电微网频率和电压的大幅度波动,改善系统稳定性;并通过在功率控制环节中增加前馈环节进一步提高微电网稳定性.建立了简化的逆变器接口的微网小扰动分析数学模型,仅考虑功率环等慢动态过程.各微源接口先在各自本地坐标轴上建模,然后通过网络方程将各微源接口和负荷变换到统一旋转坐标轴,最后将方程线性化得到微电网小扰动分析模型,分析了下垂系数和前馈环节对微电网小扰动稳定性的影响.采用PSCAD/EMTDC搭建了基于此控制策略的微电网仿真模型,仿真结果验证了此控制策略的有效性.