A robust control strategy for a grid-connected multi-bus microgrid under unbalanced load conditions

The increasing presence of inverter-based distributed generation (DG) units in microgrid application requires control methods that achieve high performance not only during normal operating conditions, but also under unbalanced conditions. These conditions can occur permanently due to distribution of unbalanced loads on the three phases of the microgrid. This paper proposes a robust control strategy for a grid-connected multi-bus microgrid containing several inverter-based DG units. Each of the DG units can supply a combination of balanced and unbalanced local loads. The proposed control strategy employs an adaptive Lyapunov function based control scheme to directly compensate the negative-sequence current components caused by unbalanced loads in some part of microgrid; and a sliding mode based control scheme to directly regulate the positive-sequence active and reactive power injected by DG units to the microgrid. The control method proposed in this paper is shown to be robust and stable under load disturbances and microgrid parameter uncertainties even in the presence of nonlinear and time-variant unbalanced loads. The effectiveness of the presented controller is validated through time-domain simulation studies, under the MATLAB/Simulink software environment.     

A novel three-phase four-leg inverter based load unbalance compensator for stand-alone microgrid

This paper proposes a three-phase four-leg voltage sourced inverter (VSI) based load unbalance compensator (LUC) including its control algorithm, which is a component of a microgrid. The purpose of proposed three-phase four-leg VSI based LUC is to improve power quality of the standalone microgrid. Power quality of the microgrid which was installed in Mara-island, Korea is analyzed using a real operational data. In this work, the microgrid in Mara-island which includes a photovoltaic power generation system, a diesel generator, a battery energy storage system, and a power management system is modeled in PSCAD/EMTDC, and proposed three-phase four-leg VSI based LUC is also modeled and applies to the modeled microgrid. Power flow and stability of the modeled microgrid with the LUC is analyzed under variable irradiance and unbalance loads. The results show that the proposed LUC helps to improve stability of the stand-alone microgrid. The proposed three-phase four-leg VSI based LUC and its control algorithm can be effectively utilized to the stand alone microgrid which has large unbalance loads.     

基于主从控制的微电网电压质量改善策略

针对非线性不平衡混合负载易导致微电网母线电压畸变和不平衡的问题,目前大多采用增加额外的电能质量治理装置来提高母线电压质量。鉴于逆变器具有与电能质量治理装置相同的拓扑结构,本文将微电网母线电压质量治理问题转化为连接在微电网母线上的多逆变器输出侧电压质量治理问题,提出利用并联在微电网母线上的多逆变器系统对母线质量进行治理的策略,即将电能质量治理功能嵌入到从逆变器中,利用从逆变器实现逆变后的剩余可用容量抑制微电网母线电压谐波和不平衡。本文首先以单台逆变器为例,对非线性不平衡混合负载造成逆变器输出电压质量下降的原因进行分析,在此基础上,提出利用从逆变器剩余可用容量来补偿负载中的谐波、负序电流分量,而负载中的基波电流和零序电流分量则有主从逆变器共同分担。该控制策略有效的降低了逆变器输出侧电压的畸变率和不平衡度,避免了增加额外的电能质量治理装置,降低了系统成本。最后通过在PSCAD仿真环境下搭建仿真模型验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

含多类型异质资源的微电网两阶段黑启动恢复优化方法研究

实现失电微电网的黑启动恢复,可以加快电力系统的恢复进程,有助于减少大停电事故造成的社会经济损失。为此,提出了一种考虑可调度机组、新能源以及储能等多类型异质资源的微电网两阶段黑启动恢复方法。首先,对多类型异质资源的恢复特性进行分析,确定其在黑启动恢复过程中的运行约束。其次,提出了一种改进的微电网节点重要度与线路权值评估方法,并以此构建了微电网黑启动恢复两阶段优化模型。第一阶段以最大化微电网的可用有功出力为目标优化微源的恢复方案,第二阶段以最大化负荷综合恢复量为目标优化负荷的恢复方案。最后,基于21节点系统进行了算例分析,结果表明所提模型能够提升微电网的黑启动恢复效率,有效降低停电事故造成的损失。     

微网综合控制与分析

考虑到微网内分布式电源和负荷所具有的分散性,根据分布式电源的类型以及与储能装置的不同组合方式,采用不同的控制策略分别进行了相应控制器的设计。基于下垂特性的电压/频率(V/f)控制实现了负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享,且在微网孤岛运行时能为微网系统提供频率支撑;PQ控制可根据实际运行情况实现分布式电源有功和无功功率的指定控制。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷以及微网内某一电源功率变化3种情况下的运行特性进行分析,获得了微网中相应分布式电源的功率、电压、电流及系统频率的变化规律,证明了PQ-V/f综合控制策略的正确性和有效性。     

分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量控制技术

针对分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量的需求,以实现不平衡与非线性负载下系统输出稳定幅值和频率电压为控制目标,提出了基于比例积分谐振(proportion　integration resonance,PIR)的电压外环控制和预测电流控制(predictive current control,PCC)的电流内环控制的双闭环控制策略,以解决传统的比例积分控制器由于带宽限制而引起离网运行下系统输出电压性能恶化的问题.在此基础上建立了基于永磁直驱风电机组的实验平台,实验结果表明,该控制方案可实现系统在不平衡与非线性负载下具有稳定的电压输出性能,具备优良的负载动态适应能力,可增强分布式发电系统在不平衡与非线性负载下的运行能力.     

计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法

基于分布式电源下垂控制、负荷静态特性和三相不平衡网络模型,提出了一种三相不平衡孤岛微电网的直接潮流算法。首先基于配电网直接潮流算法,并计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的影响,推导建立了三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法的计算模型。为了求解所提直接潮流算法的计算模型,提出了一种两层潮流迭代法,其中内层潮流迭代法用于求解除虚拟节点外的三相不平衡孤岛微电网的潮流计算,外层潮流迭代法用于更新虚拟节点电压和系统角频率。最后分别基于澳大利亚真实网络和25节点典型微电网开展多场景仿真分析,并将其与牛顿信赖域方法进行对比分析,仿真及对比结果表明所提算法能够快速准确地反映微电网的特点以及真实运行状态,并能够解决三相不平衡孤岛微电网的潮流计算问题。     

基于主从控制策略的微网稳定性研究

考虑微网内微源容量的限制,提出微网主从控制策略,分析该控制策略的几种控制方式,介绍控制策略对微网稳定性的影响,并通过在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型对该控制策略运行模式转换时的微网稳定性进行仿真分析,结果表明,基于下垂特性的电压频率控制方式可实现微网孤网运行时负荷在微源间的合理分配,且在孤网运行期间可提供有效的电压和频率支撑,微网稳定性良好。     

基于T型三电平拓扑的新型电能质量补偿器

针对三相四线制配电系统,提出一种基于T型中点箝位型三电平逆变器技术的新型电能质量补偿器拓扑,并简要介绍了新型电能质量补偿器的工作原理。详细分析了新型电能质量补偿器逆变器直流侧电压波动的成因,以及采用传统三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)算法时系统侧出现不平衡电流和谐波分量的根本原因,并提出改进调制算法来解决该问题,即通过分别处理直流侧正、负极电压调制比,并按比例分配补偿时间进行中点平衡控制。在MATLAB/Simulink平台上的仿真结果表明,所提改进调制算法通过简单的控制策略,可同时实现无功补偿、谐波抑制及不平衡治理,且补偿效果良好。     

Load shedding strategy coordinated withstorage device and D-STATCOM to enhancethe microgrid stability

Recently microgrids have drawn a potential attraction by fulfilling the environmental demands and the increasing energy demands of the end-users. It is necessary to focus on various protection and control aspects of a microgrid. During the transition between the grid-following and grid-forming modes, the voltage and the frequency instability due to the power mismatch condition becomes the major point of concern. Therefore, the paper executes a frequency-active power and voltage-reactive power drooping control strategy for the precise power-sharing among the distributed power generators. Furthermore, to handle the power deficit scenarios and to maintain the system stability, a system independent and priority-based adaptive three-stage load shedding strategy is proposed. The sensitivity of the strategy depends on the system inertia and is computed according to the varying absolute rate-of-change-of-frequency. The strategy incorporates the operation of battery storage system and distributed static compensator (D-STATCOM) in the microgrid, to provide a reliable power supply to the customers for a considerable time instead of a sudden load shedding. The effectiveness of the proposed strategies is investigated on a scaled-down modified IEEE 13-bus microgrid system on the podium of MATLAB 2015b through the time-domain simulation.     

基于低频电流注入的船舶直流微电网线路阻抗检测

下垂控制是船舶直流微电网中一种实现系统能量分配的有效方法。在传统下垂控制中,系统内各微源之间线路阻抗不一致,导致各分布式微源承担的功率也不一致,严重时微源直流变换器甚至出现过载故障。为了解决船舶直流微电网中由线路阻抗引起的负载均流精度问题,提出利用低频注入来检测线路阻抗的方法。通过在电感电流上注入低频交流信号,检测注入后的变换器电压、电流信息,利用傅里叶变换求得线路阻抗值,进一步补偿下垂系数。该方法可以提高微电网系统直流母线电压质量,改善直流变换器并联均流时的负载均分效果,对系统稳定运行影响小。最后仿真结果验证了该方法的有效性。     

应用于含分布式电源配电网的D-STATCOM改进型控制策略研究

D-STATCOM能够有效解决当前配电网由于分布式电源以及其他类型电力电子负荷的广泛接入导致的电能质量恶化问题,为了进一步提高D-STATCOM动态响应能力和补偿效果,有必要对其控制策略进行针对性的改进。首先以D-STATCOM的并网点网侧电流、直流母线电压作为状态变量,建立了三相四线制D-STATCOM在静止坐标系下的数学模型。然后,针对含分布式电源配电网的电能质量的特殊性:功率波动频繁、不平衡、非线性等,直接在静止坐标系下采用该文提出的三相四线制D-STATCOM改进型控制策略进行电流环控制器的设计,改进后的三相四线制D-STATCOM具有动态响应时间短、稳态精度高、计算量小的特点。最后通过仿真验证了所提控制策略的可行性。     

三相不平衡的单/三相交直流混合微网能量协同管理策略

针对三相不平衡的单/三相交直流混合微网,直流微网内分段下垂的自治分布储能系统和交直流微网接口变换器的区域电能均衡的能量管理策略被分别设计以实现均衡功率和提高可再生能源利用率。首先,单/三相交直流混合微网的拓扑结构及其功率交换模式被建立。然后,针对基于分段下垂曲线的储能系统易出现的局部环流、难以实现分布式电源和负载即插即用等问题,设计了一种动态均衡的荷电状态一致性策略。提出了计及恒功率交互、混合微网电压、频率稳定性,基于分段下垂的自治分布储能系统与区域电能均衡策略的协调控制方法。最后,通过仿真和实验验证了所提能量管理策略的有效性。     

带蓄电池储能系统的DSTATCOM有功无功联合优化控制

蓄电池储能系统接入配电网静止同步补偿器(B-DSTATCOM)进行有功无功联合控制可有效缓解高波动性分布式电源大量接入配电网导致的电压越限、网损加重、三相不平衡度增加等系列问题。对此,文中提出一种计及光伏发电的不平衡主动配电网B-DSTATCOM实时有功无功联合优化控制策略。首先,对B-DSTATCOM四象限运行原理进行研究,在此基础上以电压偏移、网损、电压不平衡度及运行成本为子目标函数建立B-DSTATCOM实时有功无功联合多目标优化控制模型,并采用加权求和法、改进粒子群优化及直接潮流法求得最优控制方案。最后,基于澳大利亚某实际含光伏低压不平衡配电网进行MATLAB仿真,验证所提方法及模型的有效性、实用性和鲁棒性。     

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。     

计及微电源调节死区的孤岛微电网概率潮流计算

孤岛微电网由于缺乏主网支撑,在电源及负荷具有不确定性的情况下,其频率与电压易出现波动。概率潮流计算是用于分析系统运行状态不确定性的有效工具,本文提出一种计及微电源调节死区的孤岛微电网概率潮流计算方法,体现了微电源调节死区对微电网运行状态的影响,提出了计及调节死区的潮流求解步骤,并基于拉丁超立方采样方法计算孤岛微电网的概率潮流。算例结果表明,本文方法能够反映微电源的调节死区对潮流的影响情况,同时具有较为满意的精度与计算速度,可应用于在线分析。     

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p-q-r理论的UPQC直接控制策略

阐述了p-q-r瞬时功率理论的原理,提出了基于该理论的统一电能质量控制器(UPQC)的直接控制策略,探讨了将其用于三相四线非线性及不平衡系统中的实现方法。着重介绍了p-q-r参考波形的产生方法,以及串联补偿电流和并联补偿电压的计算方法,并将其应用于非线性不平衡负载在电源电压不平衡及电压跌落情况下UPQC直接控制策略中。分析了控制策略的原理,推导出相关运算公式,给出了详细的控制框图。Matlab/Simulink仿真结果表明,采用该方法可以有效地消除非线性及不平衡负载对电网的影响,使电网输入功率因数为1,同时,串联补偿器隔离了电网电压对负载电压的扰动,并联补偿器给负载提供三相平衡及正弦的额定电压,不受电网电压变化的影响。     

微电网关键技术及研究现状

微电网技术能够解决传统分布式发电分散接入、单独并网所带来的整体不受控的问题;当发生电网扰动时,其可有效解决单个分布式电源上关键负荷面临的电能质量问题,同时有利于提升电网可控性。从能量管理、控制策略、继电保护等方面阐述了微电网技术近年来的研究热点及发展趋势,讨论了需要解决的若干关键技术问题,结合相关试点示范工程介绍了国内微电网应用研究现状,展望了微电网技术今后的发展方向。     

A novel approach of reference current generation for power quality improvement in three-phase, three-wire distribution system using DSTATCOM

This paper presents a novel approach based on an improved instantaneous active and reactive current component theory for generating reference currents for distribution static compensator (DSTATCOM). Three-phase reference current waveforms generated by proposed scheme are tracked by the three-phase voltage source converter in a hysteresis band control scheme. The performance of the DSTATCOM using the proposed control strategy has been evaluated under various source and load conditions. The performance of the proposed control strategy has been evaluated in terms of load balancing, reactive power compensation, compensator rating and harmonic mitigation. A three-phase, three-wire distribution system supplying star connected linear as well as non-linear unbalanced load is considered for simulation study. The detailed simulation results using MATLAB/SIMULINK software are presented to support the feasibility of proposed control strategy.