引入虚拟电抗的独立运行微电网改进下垂控制

下垂控制是微电网常用控制方法之一。文中分析了线路功率传输特性,表明在传输线路呈阻性的低压微电网中,采用P-f和Q-V下垂控制会造成功率控制耦合;通过改变控制器参数使得逆变器等效输出阻抗呈感性的方法效果不佳。文中引入"虚拟阻抗"的思想,在逆变器的输出端模拟出一个大小可控的虚拟电抗,保证线路呈感性,并对Q-V控制曲线进行修正,以保证电压稳态精度。将改进下垂控制与传统下垂控制在PSCAD/EMTDC中进行仿真对比。结果表明,改进下垂控制的无功分配效果更好。     

用于多微源低压微电网的虚拟阻抗反下垂控制

针对含有多个不同额定容量微源的低压微电网系统,其负荷功率按微源容量比例进行分配的性能对系统的稳定及高效运行十分重要。反下垂控制策略因受微电网线路阻抗不平衡的影响存在有功功率分配误差问题,应用虚拟阻抗可抑制这种误差,但传统的虚拟阻抗方法会导致较大的电压跌落。因此,提出一种引入虚拟阻抗的新型反下垂控制方法,在实现功率按容量比例分配的同时保证电压和频率的稳定控制。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建含有六个具体微源的低压微电网系统进行孤岛/并网模式下多工况的仿真分析,较为全面地验证了该控制策略的有效性。     

微电网改进负荷功率分配策略与并网稳定性分析

由于低压微电网孤岛运行受线路阻抗特性等因素的影响,采用传统下垂控制无法按分布式电源(DG)单元容量合理分配功率,且孤岛微电网的电压和频率与大电网不同,并网前需进行同步控制。在分析并联逆变器功率分配机理的基础上,提出了改进的负荷功率分配控制策略。重新设计了Q-U下垂控制环,增加无功误差积分修正项,优化了微电网内部的功率分配。对微电网进行了并网同步控制,并建立了控制系统小信号模型,对改进负荷功率分配策略与并网同步控制的系统稳定性进行了分析。仿真结果表明采用所提控制策略后,无功功率可被合理分配,并网暂态过程平滑稳定。     

孤岛微电网的新型功率分配与电压调整控制策略

传统下垂控制难以保证孤岛微电网中并联微源的功率分配精度,同时存在母线电压跌落的问题,供电电压质量较低,针对上述问题,提出一种基于一致性算法的分布式控制方法。相邻微源间进行低带宽通信,每台微源利用其本地信息及获取的其他微源的信息,结合离散一致性算法对系统平均电压进行迭代估计,并在P-V控制环中增加PI控制器,利用系统平均电压这一公共量实现了有功功率的合理分配,并提高了系统电压质量,实现了电压的调整。针对含有4台微源的孤岛微电网系统,利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型,对传统下垂控制与所提控制策略进行了仿真与对比分析,仿真结果验证了所提控制策略在功率分配与电压调整方面的优越性。     

微电网并网和孤岛运行的二级控制策略研究

由于低压微电网并网和孤岛运行受线路阻抗比值较大等因素的影响,采用传统下垂控制的方法,将不能满足低压微电网控制的需求,且孤岛微电网的频率和电压与主电网不同,并网前需进行同步控制。在分析逆变器功率分配的基础上,提出了分层控制方法;同时,根据微电网可以并网和孤岛运行的特性,分层控制包含2个层次。其中,二级控制(Secondary control)通过重新控制逆变器的输出电压幅值和频率,使得微电网公共连接点处电压和频率的偏差在一定范围内。为了验证二级控制策略能使微电网可靠运行,通过Matlab/Simulink仿真,对微电网运行中各分布式电源的功率、电压和频率的变化规律进行了分析。仿真结果表明微电源的二级控制策略的性能优良。     

含储能双母线直流微电网电压和功率协调控制

双母线直流(direct current, DC)微电网采用传统的下垂控制时,存在电压控制性能与功率分配精度的局限性。为此,提出一种考虑储能荷电状态(state of charge, SOC)均衡的电压和功率协调控制策略。首先,对于高压或低压侧母线电压稳定和功率分配问题,在电压/电流双环控制策略的基础上,采用基于SOC幂指数的自适应系数动态改变功率分配比例,对电压和功率进行精确控制。其次,针对双直流母线由于功率不平衡造成的电压偏移问题,根据双侧直流母线电压差以及高/低侧的工作模式,制定高/低压母线之间DC/DC变换器的控制策略,保证高/低压侧功率平衡和电压稳定。最后,利用Matlab/Simulink软件建立不同工况下双母线直流微电网模型,并进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的控制策略可改善功率分配和电压控制精度,使各储能SOC趋于一致,同时实现高/低压直流母线之间功率相互支撑。     

微电网中不同容量逆变器经线路并联的环流特性分析和功率分配控制

为解决微电网中多逆变器并联的功率分配问题,建立了逆变器单机控制和两机并联模型,在此基础上分析了环流和功率分配的相互作用机理。针对中低压微电网的线路参数阻性和感性相当时,有功功率和无功功率的耦合现象,通过添加虚拟电抗补偿实现微电网线路达到高压电路阻感比,使有功功率和无功功率能分别解耦控制。其后研究了线路为感性阻抗时实现环流抑制和功率精确分配的控制策略应该满足的条件,针对下垂控制无功功率分配不与感性线路阻抗解耦的缺点,提出了改进的下垂控制策略,实现了功率分配和环流抑制的目标。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析和所提出的控制策略的正确性。     

低压微电网三相逆变器功率耦合下垂控制策略

常规下垂控制对线路阻感比具有高度依赖性,难以对线路阻抗常呈阻性或阻感性的低压微电网的电能质量实现有效控制。基于通用下垂控制原理,提出了改进型PQ-fU功率耦合下垂控制方法,并通过结合上层能量优化管理与引入比例复数积分(PCI)电压控制技术,设计了一种改进型PQ-fU多环控制策略。该控制策略不仅在线路呈阻感特性情况下仍能实现对低压微电网电能质量灵活而有效的控制,而且适用于并网/孤岛2种运行模式,可对上层能量管理系统给定的参考指令进行快速跟踪,实现各分布式电源输出功率的合理分配。在MATLAB/Simulink中对低压微电网逆变器并联运行系统的控制效果进行了对比研究,结果验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

电流源-电压源变流器混合并联独立供电系统的分布式功率控制

针对电流源型变流器和电压源型变流器共同支撑的混合型独立微电网,提出了一种适用于电流源-电压源变流器混合系统支撑独立微电网功率控制的新型下垂控制策略。其中,电压源型变流器仍采用传统的P-f、Q-V下垂控制,而电流源型变流器通过虚拟电流矢量在电压定向轴方向的投影来模拟有功电流的大小;无功电流是基于电压源无功下垂控制的对偶性,结合dq轴物理量之间的耦合特性,通过d轴电压计算得到,在不需要检测无功功率的基础上实现了无功功率的分布式控制。电流源仅通过电流环路便可实现和电压源之间合理的功率分配。通过建立小信号模型,对系统的稳定性进行了分析。最后,通过仿真验证了所提控制策略和参数设计的有效性。     

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。     

基于公共母线电压的微电网孤网运行下垂控制策略

在微电网孤网运行系统中,传统下垂控制策略大多将频率引入控制中,但是在以纯逆变器为接口的微电网中,系统功率的不平衡量难以通过频率直接反映。根据微电网公共母线电压幅值(V),以及d轴与q轴电压的比值(rat)同微电网系统有功和无功不平衡量之间的关系,设计了P-V、Q-rat下垂控制策略。该控制策略能够使微电网在孤网运行时维持电压及频率稳定,并且使所有的分布式电源按照预先设定的下垂系数分配有功及无功功率。     

基于反馈阻抗的微电网下垂控制策略

低压微电网逆变器的等效输出阻抗受线路参数影响会呈现出阻性,而传统下垂控制是基于感性阻抗为前提,直接用于低压微电网逆变器控制达不到频率和电压的控制要求。在分析了传统下垂控制法和逆变器等效输出阻抗对系统影响的基础上,提出了引入反馈感性阻抗的电压电流双环控制。反馈感性阻抗的引入使逆变器等效输出阻抗为感性,可以正确体现P-f、Q-V动态下垂控制特性,并且在并/离网运行模式变化时不用切换控制策略。通过在PSCAD中建立风光储微电网仿真模型,分析了并/离网和负荷突变的仿真结果,验证了控制策略的有效性和正确性。     

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。     

含多微源的混合微电网控制策略与仿真

针对微电网内部分布式电源和负荷的多样性、分散性,在分析P/Q控制以及基于下垂特性的V/f控制策略的基础上,采用了一种P/Q-V/f对等控制策略。该策略可有效实现负荷功率共享,保证微电网频率和电压的稳定。在PSCAD/EMTDC仿真平台上,对所建微电网模型进行运行模式转换以及孤岛下切/增负荷的仿真分析,证明所提出的控制策略具有有效性和正确性。     

自适应下垂系数的低压微电网功率控制策略

在多分布式电源(DG)并列运行的低压微电网系统中,反下垂控制是实现负荷合理分配的有效方式。但各DG的等效输出阻抗和线路阻抗差异较大时,传统反下垂控制的功率分配精度将受到明显的影响,降低了系统的稳定性。针对这一问题,提出一种适用于低压微电网系统的自适应下垂系数功率分配控制策略。其下垂系数的值随额定负载功率与实际负载功率的差值的变换而自适应调整,提高了对公共负荷合理分配的精确性。最后,在仿真平台上验证了所提策略的正确性和有效性。     

含母线电压补偿和负荷功率动态分配的直流微电网协调控制

针对孤岛直流微电网需要独自承担系统母线电压稳定和精确的功率分配,提出了含母线电压补偿和负荷功率动态分配的协调控制策略。在主控制层中采用下垂控制来实现分布式电源之间的功率共享;在下垂控制的基础上,提出了考虑电压调节控制和电流矫正控制的分布式二次控制,其对传统下垂控制带来的直流母线电压跌落进行补偿,使得母线电压恢复到额定值;通过对下垂系数的不断调整,达到了负荷功率分配的高精度。最后,利用MATLAB/Simulink对所设计的控制策略在不同运行模式下进行仿真验证,仿真结果表明所提的控制策略可以实现直流微电网的稳定运行和负荷功率的动态分配,且能够满足分布式电源即插即用等要求。     

引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析

微电网一般采用下垂控制实现功率分配,但易产生受扰振荡。在下垂方程中引入功率微分项能够有效抑制振荡。建立了引入功率微分项前后的微电网系统的小信号模型,对比分析了控制参数与线路参数变化对系统小信号稳定性的影响,总结了控制参数的选择方法。并进一步地进行了灵敏度分析,研究对比了微电网中各逆变电源状态变量对系统低频模态的参与程度,以及线路参数变化对参与因子的改变。得出结论:线路长度或阻抗比增加为系统提供阻尼,且越靠近该线路的逆变电源获得的阻尼越大;且使用下垂控制时,系统特征根对各逆变电源的主导性更易改变。最后,通过不同工况下的仿真验证了建模、分析与结论的正确性。     

微电网孤岛模式下多种下垂控制策略的研究

在以逆变器为接口的微电网系统中,逆变电源组网控制技术是实现微电网的关键问题之一。作为自治系统的微电网,具有脱网孤岛运行的能力,为了满足负荷变化对系统电压和频率提出的要求,需要针对微电网中的微电源采取相关的控制策略。分析了微电网孤岛运行时各个微电源逆变接口在不同线路阻抗特性下的功率传输特性,给出了相应的下垂控制策略。采用坐标旋转的虚拟功率下垂控制策略,实现了功率的解耦控制,更接近工程实践。通过线性组合定义了类功率变量,而提出了类功率下垂控制策略。同时设计了基于虚拟功率和类功率的功率控制器。最后给出了下垂控制策略的不足,提出了需要深入研究的问题。     

逆变器的双模式下垂控制

低压微电网中,逆变器普遍采用有功功率/电压(P-V)和有功功率/频率(P-f)下垂控制,这2种方法在不同负荷情况下对逆变器输出电压和频率表现出各自的控制优势。为减小逆变器输出电压和频率与额定值的偏差,提高系统电能质量,提出一种双模式下垂控制方式,逆变器可以根据具体负荷的变化情况在传统P-V和P-f下垂控制之间选择合适的方法。该控制模式在下垂控制环输出的电压和频率处直接切换,容易实现且模式切换过程平滑,可以减小逆变器输出电压和频率与额定值偏差,优化系统运行。仿真和实验验证了所提控制方法的有效性与可行性。     

低压微电网采用坐标旋转的虚拟功率V/f下垂控制策略

针对低压微电网线路与传统高压输电线路阻抗比的不同而引起的功率耦合问题,提出一种采用坐标旋转的虚拟功率控制策略。该方法通过坐标旋转正交变换矩阵,实现了功率的解耦控制,对采用下垂控制特性的电压/频率控制进行了改进,提出了新的下垂限幅控制算法。此外专门设计了低通滤波器,以有效降低谐波影响和增加控制精确性。考虑低压微电网孤网时负荷扰动和孤网至联网运行状态的切换,仿真验证了所提出的低压微电网控制器具有良好的适应能力。实验结果表明,该方法在低压微电网环境下能有效实现负荷变化时不同微电源间变化功率的共享,且频率和幅值较为稳定、动态效果好、工程实现简单,提高了系统功率分担的精确性和稳定性。