绿色数据中心的供电运行控制和能量管理

将可再生能源引入数据中心高压直流UPS供电系统,形成直流微网的供电方式.基于此设计了一种分层系统运行控制和能量管理策略,旨在实现系统可靠运行和能量优化利用.微网由电网、光伏发电单元、储能电池和数据中心计算负荷组成,设备级控制考虑并网和孤岛2种运行方式划分为4种工作模式,光伏boost变换器有MPPT和降功率稳压2种工作...     

基于虚拟直流发电机的光伏系统控制策略

为了消除了光照强度、负荷等突然变化对光伏系统的影响,并提高光伏系统运行的稳定性与抗扰性,本文在分析虚拟直流发电机(VDG)原理与优势的基础上,采用了将虚拟直流发电机应用到光伏系统控制策略中,由此构成光伏系统的MPPT+VDG双级控制策略,并把该控制策略应用于直流微网中的方法。Matlab/Simulink仿真结果表明,当负荷、光照强度分别发生突变时,采用MPPT+VDG双级控制的光伏系统的母线电压的波动幅值为55 V、71 V,明显小于MPPT控制的光伏系统的母线电压的波动幅值97 V、101 V,与此同时含有双级控制光伏系统的直流微网在负荷、光照强度分别发生突变时的母线电压波动大小为26.7 V、17.7 V,小于普通控制的直流微网的母线电压波动28.5 V、20 V,而且蓄电池切换次数为2次、0次也明显小于普通控制时蓄电池切换次数4次、2次。由仿真结果可知本文所提的控制策略能够提高光伏系统运行的稳定性与抗扰性。     

独立直流微网能量管理控制策略

在直流微网控制系统中,维持母线电压稳定以及能量的合理分配对系统可靠运行具有重要的指导意义。针对基于光伏发电的独立直流微网系统,提出一种新的能量管理控制策略,根据光伏DC/DC变换器在不同光照条件下的控制策略,利用蓄电池储能单元作为支撑,通过蓄电池充放电时不同的能量管理控制策略,维持母线电压稳定,为直流负载提供电能,其核心是使光伏电池与蓄电池储能单元协调工作,确保直流微网的高效稳定运行,最后通过实验结果验证了所提出控制策略的正确有效性。     

直流微网供电煤层气抽采机协调运行策略研究

提出一种抽采机互补运行协调控制策略,从负载侧最大程度抑制直流母线电压波动。该策略以网内运行的两台抽采机为例,将抽采机运行时间错开半个周期,分析直流母线电压波动与抽采机电动机电磁转矩及加速度之间相互关系,求解得到使直流母线电压波动最小的电机最优运行加速度。利用Matlab/Simulink搭建直流微网下煤层气抽采机协调运行模型,与现场实测相比较,所提策略对直流母线电压波动有较明显的抑制效果。     

基于母线电压分层的直流微网系统协调控制

在直流微网系统中,各分布式单元通常以分散的方式接入直流母线,而分布式电源和负荷易受到外界环境影响,从而影响直流微网母线电压稳定性.因此设计一种基于母线电压分层的直流微网系统协调控制策略,构建以光伏发电为主的直流微网系统结构,将母线电压划分为5个层级,针对不同层级对应的运行模式,研究分布式单元运行方式及其控制策略,最后通...     

适用于网格状的交直流微网协调控制策略

针对网格状交直流微网的功率分配不均和稳定性差等问题,提出了一种新型自适应协调控制策略,以提升交直流微网系统的稳定性和功率分配精度.首先,针对连接交流微网和直流微网的变流器,提出了一种基于同步器和虚拟直流机(VDCM)的控制策略,该策略包括功率分配控制器、自适应虚拟调速器和自适应虚拟惯量调节器;接着,为了提高系统的稳定性...     

计及混合储能荷电状态的光伏直流微网功率分配策略

针对光伏直流微电网中光伏出力和负荷投切产生的功率波动,将锂电池和超级电容器构成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）运用在直流微网中可以平抑系统功率波动和稳定直流母线电压。在考虑超级电容荷电状态（SOC）的二次功率分配的基础上,提出一种基于光伏单元,混合储能系统和负荷三者协调运行的控制模式。根据光伏电池出力情况和负载消耗功率的关系以及各储能单元间SOC的不同,将光伏直流微电网分为4种运行模式,实时调节各储能单元的出力情况,使系统各微源间的功率达到动态平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个含混合储能系统的光伏直流微网仿真模型,结果表明所提控制策略既能稳定运行在各种工作模式,又能保证直流微网系统稳定可靠运行的前提下优化各微源间的出力,验证了该控制策略的有效性和准确性。     

基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

相较于交流电网,直流微网结构简单、效率高,且能够更好地消纳光伏、风电等分布式新能源,但其几乎不具有惯性。通过对端口换流器施加虚拟电容控制策略,使其可模拟电容充放电特性,能够改善直流电压质量,增强直流微网稳定性。但该控制方法对系统惯性提升机理暂不明确,虚拟电容控制策略所虚拟出电容值大小等问题也有待进一步探究。据此,类比于交流电网在负荷突变瞬间发电机按照惯性大小分担负荷的特性,提出直流微网中各端功率调节初期按照端口电容值比例进行分配,并在此基础上提出基于虚拟电容控制策略的等效电容计算方法,探究虚拟电容与等效电容间的对应关系。最后,搭建了控制器级的硬件在环测试平台,验证了虚拟电容控制策略的有效性、直流微网功率调节分配依据及所提等效电容计算方法的正确性。     

平抑光伏系统波动的混合储能控制策略

蓄电池/超级电容混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度以及超级电容高功率密度的优势,适应用于微网。在Buck/Boost双向功率变换器与直流母线相连的独立光伏微网中,提出一种将储能系统总负荷功率滤波后,采用电流滞环控制蓄电池的充放电、超级电容提供差值功率的新型能量管理方案,以优化对混合储能系统的管理。为平抑光伏出力波动,实现对直流母线电压的控制,针对超级电容的Buck/Boost双向功率变换器,在电压电流双闭环基础上,利用输入电压、负载电流前馈环消除了二者的变化对输出电压的扰动,提高了系统的动态响应速度与控制精度;利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响,提高了系统的稳定性。仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

基于微网技术的家庭能源管理系统研究

家庭能源管理系统是未来智能电网在配电侧发展的重要研究方向。以包含光伏发电、蓄电池储能和家庭负荷的家庭直流微电网系统为研究对象,研究了各个单元的基本控制策略,并提出了基于微网技术的家庭微网能量调度策略。系统的工作模式包括并网工作模式和离网工作模式,通过能量调度策略来维持系统功率平衡和直流电压稳定。在Matlab/Simulink下搭建了家庭直流微网系统并对该控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,系统在并网运行模式和离网运行模式下均能保持直流侧电压稳定,验证了家庭能源管理系统的正确性和有效性。     

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。     

基于功率分层的直流微电网协调控制策略

针对以光伏发电为主的直流微电网,描述了其基本结构和组成,设定了系统各单元运行的约束条件,为协调控制策略的实施奠定了基础;依据系统净负荷和蓄电池充放电功率阈值划分了功率层区,提出了基于功率分层的协调控制策略,进一步分析了该协调控制策略下各单元的模式判别流程及变换器控制方法。仿真结果表明,该控制策略可以适应直流微电网不同的运行状态,维持直流母线电压的稳定,延长蓄电池的使用寿命,保证可再生能源的充分利用,提高系统的灵活性和稳定性。     

基于统一潮流灵敏度的电-气-热综合能源系统安全控制策略

为提升对太阳能等可再生能源的利用能力,并解决边远地区或小型系统的稳定供电问题,独立光储直流微网的稳定运行控制受到了研究者的关注。针对光储直流微网各元件的底层控制方面,提出了光伏MPPT和CV模式的统一控制方法。为保证光储直流微网在不同光照和储能电量条件下的稳定运行,将光储直流微网的工作模式分为三种,分别对应于光伏和蓄电池的不同元件底层控制方式。对于微网的控制方式,考虑分散控制策略,并在此基础上提出了一种以蓄电池为中心、带单向通信的分布式控制策略,在不同策略下对微网工作模式的切换方式进行了设计。最后,仿真与实验结果表明所提的微网工作模式及其切换方式能够正常工作,所提出的分布式控制策略相比于分散控制策略改善了控制性能,保证了经济性,满足系统可靠性要求。     

基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制

为了确保配网故障时直流微电网群的稳定运行,本文根据子微网的运行工况,将微网划分不同的运行模式,提出一种基于储能自适应下垂控制的协调控制策略来确保母线电压稳定。该策略通过微网中央控制器实时检测公共直流母线电压波动控制各子微网间并联或独立运行,从而来维持各子微网直流母线电压稳定。同时,采用自适应下垂控制协调并联运行的子微网中储能单元根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率。利用MATLAB/Simulink搭建直流微电网群仿真模型,仿真结果表明该策略可协调直流微电网群母线电压稳定并可自动分配不同储能单元之间的负荷功率。     

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。     

风光储微电网并网联络线功率控制策略

主动配电网环境下,将发电具有间歇性和随机性特点的小风电、光伏发电与蓄电池组成微电网,协调控制其内的多个可再生发电单元使其成为发电功率分时恒定的发电单元或者负荷,既方便配电网对微电网群的调度和管理,又能促进分布式可再生能源的安全消纳。在综合考虑风光储微电网风速曲线和光照条件瞬时变化且储能容量配置较小等实际情况下,提出一种分层协调控制策略。首先根据每时段风速及光照强度预测信息给出了联络线分时交换功率的计算方法,上层中心控制器将该联络线交换功率参考值与上级主动配电网调度中心通信,制定分时联络线交换功率。上层中心控制器并依据此分时功率需求实现系统运行模式的选择及切换以及底层控制器的选择和管理。该分层控制策略实现了运行状态的无缝转换,保证了风光储微电网按照联络线交换功率需求输出,即联络线功率分时恒定。当微电网内风电和光伏输出的瞬时功率之和与联络线交换功率需求相差较大时,微电网内可能会出现部分弃风弃光。该文建立了风光储微电网仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

含无线充电电动汽车的孤岛直流微电网运行模式研究

为改进电动汽车充电设施的供电方式,研究了无线充电电动汽车与光储直流微电网的融合,并重点研究充电功率发生变化时微电网的能量管理策略。分别建立光伏、储能、无线充电电动汽车能量传递的数学模型,推导各部分功率、端口电压电流等的关联性,基于此设计了相应的控制器。考虑充电功率需求以及储能电池状态信息,定义微电网运行的3种模式,并提出基于功率缺额判据的能量管理策略。最后搭建实验平台,验证系统的3种运行模式均可实现充电负荷的可靠供电。当充电功率发生变动时,所设计的能量管理策略可实现模式切换,维持母线电压稳定。     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。