基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法

针对光伏发电输出电压的间歇性、随机性问题,提出分布式光储直流供电系统的电压稳定协调控制,实现高可靠性和高品质供电。针对光伏/储能电源输出低电压、大电流,且纹波大特点,提出三相交错并联变流器拓扑,有效抑制光伏输出电压波动。光伏升压变流器设计改进的极值搜索法,实现光伏系统最大功率点跟踪,改善传统算法动态性能。针对光伏输出电压波动问题,储能双向变流器采用电压-电流双环控制策略,采用非线性微分平滑控制方法设计外环电压环,实现系统直流母线电压稳定控制的同时,确保存在负载突变或控制参数摄动的情况下,系统依然能够快速跟踪直流母线电压期望值。结合内环电流环的线性PI控制,实现分布式光储直流供电系统功率平稳,供电可靠。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,所提出的非线性微分平滑控制方法具有结构简单、稳态误差小、系统稳定性好等特点。     

分布式光储直流供电系统功率平滑控制方法

正近日,国家知识产权局公布专利"分布式光储直流供电系统功率平滑控制方法",申请人为上海电力学院。本发明涉及一种分布式光储直流供电系统功率平滑控制方法,光伏单元和储能蓄电池通过各自的变流器并联接入直流母线上;光伏单元的变流器为四相交错升压变流器,采用最大功率跟踪法实现最大功率pPVmax输出。     

直流微网低电压穿越控制策略研究

针对直流微网低电压穿越问题,基于光伏直流微网在综合考虑低电压穿越控制要求以及故障期间光伏出力、负荷随机波动性大对系统运行造成影响的基础上,分析了系统在不同运行工况下的能量流动特性,提出一种光储荷协调控制以及有功无功协调控制的系统整体控制方法。在低电压期间,通过光储荷协调配合控制稳定直流母线电压,同时平衡系统能量;网侧变流器根据电网电压幅值,实现有功无功协调限流控制,提供无功功率支撑网侧电压恢复,同时避免网侧变流器输出过流。最后,在Matlab/Simulink平台搭建仿真实例,仿真结果表明所提控制策略能够实现系统能量最优利用,满足系统低电压穿越要求,保障系统可靠运营,从而验证了该LVRT控制方案的有效性。     

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。     

基于退役动力电池储能的光储微网系统

锂电池作为光储微网的储能电池,能够提高光伏发电系统的稳定性,改善电能质量,但成本高昂。将电动汽车的退役动力锂电池用于光储微网的储能单元,不仅可以降低投资成本,还可以缓解大批量电池进入回收阶段的压力。首先基于锂电池的工作原理,构建了退役动力锂电池的等效电路模型。接着建立了储能变流器和多重双向DC/DC变换器级联拓扑,储能变流器采用电压外环、电流内环的双闭环策略,稳定直流母线的电压;多重双向DC/DC变换器采用以电池组的荷电状态(SOC)为约束条件的双闭环控制策略,平抑光伏发电系统的功率波动。最后搭建了基于退役锂电池储能的光储微网系统,验证了控制策略的有效性。     

光照不均时独立输入串联输出型光伏升压DC-DC变流器组合电平法均压稳流控制

在光伏直流汇集系统中,光伏侧独立输入的DC-DC变流器通过输出侧级联可提升电压等级,但光照不均时,级联DC-DC变流器输出侧存在电压不均衡的问题。在DC-DC变流器级联输出侧设置均压单元可实现输出侧电压均衡,但均压单元的引入会显著增加直流汇集系统的输出电流纹波。为此,提出对均压单元采用移相组合电平法的调制策略,通过控制级联DC-DC变流器均压单元间的电压相移,使级联输出侧电压更接近直流电网电压,进而减小输出电流纹波;之后,引入LC滤波器来滤除级联输出侧的电压尖峰,以保证级联输出侧电压稳定;最后,将所提控制策略应用于光伏直流汇集系统进行仿真。结果表明:该策略能够在实现输出侧电压均衡的同时,有效减小并网电流的纹波。论文研究可为光伏直流汇集系统的稳定运行和功率优化提供一定的理论依据。     

一种新型光储系统的电路结构及其控制方法

现有的集中式光储一体化系统为提高输出电流,一般将多个光伏组件并联,但这种结构在局部阴影下能量利用效率较低;而将每个光伏组件经过DC/DC变换器接入直流母线的方案虽能提高光伏利用率,但变换器的容量和成本较高。为此提出一种新型光储一体化系统的电路结构及其控制方法:首先将光伏组件和DC/DC变换器的输出端串联后接入直流母线,实现所有光伏组件的最大功率跟踪控制,与现有方案相比大幅降低了DC/DC变换器的电压等级和成本;继而设计适用于该光储一体化系统的能量管理策略,在保证蓄电池荷电状态不超过允许范围的前提下,可实现整个光储一体化系统并网功率的分时恒定。最后,在RT-LAB半实物仿真平台上验证所提系统结构和控制策略的有效性。     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

光储微电网的低电压穿越控制策略研究

针对微电网低电压穿越问题,基于光储微电网系统提出一种光储协调控制的低电压穿越策略。在低电压期间,光伏系统采用最大功率跟踪控制,储能系统采用恒压控制维持直流母线电压恒定,在储能出力已达功率限值仍不能维持直流母线电压在允许范围内时,光伏系统切换为恒压控制。考虑到光储微电网负荷波动性大的特点,设计了一种适用于光储微电网并具有无功补偿功能的限流控制策略,为电网提供电压支撑,同时避免并网逆变器输出过电流。仿真结果表明,控制系统能够充分利用光伏发电能量、维持直流母线电压的恒定、抑制并网电流过电流并能发出无功功率支撑并网点电压,实现了低电压穿越,验证了该LVRT控制策略的有效性。     

基于混合储能技术的光储式充电站直流微网系统协调控制

基于混合储能的电动汽车充电站直流微网协调控制技术的研究对于维持直流微网母线电压的稳定、提高微网系统的经济效益都具有重要意义。提出了以飞轮和蓄电池混合储能作为光储充电站直流微网系统的储能形式,其中飞轮用于平滑高频功率波动和部分低频功率,蓄电池用于平衡基准功率以维持母线电压平滑稳定。并设计了直流母线5层电压(分层)协调控制策略,实现了微网系统中光伏发电、电动汽车充放电、负荷功率需求的协调控制。针对孤岛运行和并网运行中的5种不同工况,在Matlab/Simulink软件平台上对所提出的控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,在所有工况下,所提控制策略都能使直流母线电压在不同电压层间有效切换,维持光储充电站直流微网系统的直流母线电压平衡,实现了整个系统的灵活、可靠运行,因此该控制策略具有可行性和有效性。     

基于稳压控制的独立光储微电网控制策略研究及仿真分析

独立光储发电系统不与大电网连接,仅靠系统控制策略保障电能质量,目前仍具有电能质量较差、系统不稳定的问题。以提高系统电能质量、增强系统稳定性为目的,提出一种基于稳压控制的控制策略。对于储能系统,在通过逆变器前首先进行稳压控制,再通过逆变器的双环控制结构维持系统的电压与频率恒定。光伏电池在逆变器前采取最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)及稳压控制,并采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)的恒功率控制策略(PQ control)维持稳定输出。在Matlab/simulink环境下进行仿真测试,验证控制策略的有效性。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

一种直流微电网多光伏变换器新型功率分配策略

为了解决光伏单元在运行过程中因工作模式切换造成的母线电压波动问题,提出一种新型平滑切换控制策略。根据光伏电池的输出特性曲线,将输出功率对输出电流的微分作为控制变量。通过跟踪不同的dp/di指令值来实现光伏单元最大功率点跟踪模式、恒压下垂模式的控制以及两种模式间的平滑切换。在此基础上,针对多光伏变换器工作在恒压下垂控制时因线路阻抗差异造成功率分配精度较低的问题,提出一种基于二次调节的自适应下垂控制策略。此外,构建相邻光伏单元间的稀疏通信网络,并采用动态一致性算法实现相关平均信息的全局稳定收敛。仿真和实验结果表明,所提控制策略可以实现光伏单元工作模式切换过程平滑过渡和负荷功率的精确分配。     

线性自抗扰在光伏发电系统MPPT中的应用

为了保证光伏发电系统能够快速地达到最大功率点并且能够稳定运行,设计了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的最大功率点跟踪(MPPT)控制器。建立了光伏电池与DC-DC变换器相结合的数学模型。设计了1阶LADRC对其进行解耦控制,目的是能够快速地确定光伏电池阵列的最优输出电压,减少功率振荡。分析了MPPT控制器的设计原理。为了验证所设计的MPPT控制器的实效性与普适性,通过Matlab/Simulink进行了仿真研究。仿真实验表明,加入所设计的MPPT控制器,能够明显提高算法的跟踪速度,大大降低功率振荡,即使在外界环境变化剧烈的情况下,也能表现出良好的控制能力,通用性很强。     

基于PNN/PCA/SS-SVR的光伏发电功率短期预测方法

光伏发电功率预测对太阳能开发利用、电网稳定安全运行具有重要意义。提出一种融合了概率神经网络(PNN)、主成分分析法(PCA)、分散搜索(SS)和支持向量机回归(SVR)的光伏输出功率预测模型。首先结合天气信息通过PNN将天气划分为晴、多云、阴、雨4种类型,然后在每种天气类型下,利用PCA对影响光伏出力的多个气象因素,如太阳辐射强度、温度和相对湿度等进行降维、转换成少数几个主成分作为输入向量,最后建立SS算法优化SVR的光伏发电功率短期预测模型。结果表明,该模型实现了对不同天气类型下的光伏出力较为精准的预测,具有一定的可行性及指导意义。     

基于PQ-QV-PV节点的光储输出功率主动控制方法

光伏接入配电网易产生电压越限问题,储能的有功调压能力和光伏逆变器的无功调压能力可向配电网提供有功和无功支撑,以减少电压越限并提高光伏的渗透率。通过分析光伏出力波动时光伏逆变器和储能对光伏并网点的电压调节机理,提出了一种基于PQ-QV-PV节点转换的光储输出功率主动控制方法。该方法首先给各个光伏并网点设置一个较小的电压波动范围,其次依照所提的主动控制策略将光伏并网节点类型根据并网点电压水平依次在PQ、QV和PV节点之间进行转换,从而在考虑减少网损的基础上将并网点电压限制在较小的范围内。仿真分析结果表明,该方法能很好地解决光伏接入下的电压越限问题。     

基于关键因子和辨识技术的光伏并网系统短路电流建模

为了提高光伏并网点短路时光伏系统输出短路电流计算准确性,提出以电压跌落程度n和光伏并网逆变器输出有功p及电网电压正序分量u⁺三个特征量为关键因子,分析推导三个关键因子与光伏并网逆变器输出电流峰值Imax的关系。采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压功率控制策略,基于系统辨识技术,建立光伏并网逆变器输出短路电流模型并辨识其相关参数。运用求和算法,获得近似的光伏并网发电系统输出短路电流模型。基于MATLAB编程软件验证了所建模型的正确性。同时与PSCAD/EMTDC搭建的恒功率控制仿真模型对比分析论证了该模型能较准确反映光伏并网发电系统输出短路电流的大小。     

基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联特性研究

针对低压微网中采用传统下垂控制的并联逆变器功率均分效果差以及母线电压和频率偏移问题,分析了并联逆变器的环流和功率输出特性,提出一种基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联控制策略。该策略实现了逆变器等效输出阻抗的精确可控,且具有虚拟同步发电机的基本特性,逆变器等效电压源的频率和相位能够实现自同步功能,在不需要功率环的情况下间接实现了并联逆变器功率均分且具有环流抑制能力。通过设计电压二次调节控制,消除了微网母线电压和频率的偏移问题。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

静止无功补偿器新型自适应动态规划电压控制

以静止无功补偿器电压控制非线性系统为研究对象,提出了一种采用新型自适应动态规划Gr HDP实现静止无功补偿器电压控制的方法。选取当前及历史时刻电压误差作为系统状态反馈向量,根据外部增强信号及内部强化信号,Gr HDP利用误差反向传播算法对3个神经网络权值进行反馈调节并获取最优权值,实现了静止无功补偿器的电压优化控制。在Matlab/Simulink仿真平台对执行依赖启发式动态规划ADHDP、PI控制和Gr HDP进行了仿真对比。结果表明,采用Gr HDP的静止无功补偿器能快速补偿系统无功功率,具有更好的电压控制效果,控制系统响应速度快、自适应能力强。