交直流混合微网优化配置研究

交直流混合微网结合了交流微网与直流微网的优点,其优化配置问题是目前研究的热点。围绕包含风力发电、光伏发电和储能电池的交直流混合微网系统,综合考虑了换流器配置、设备的随机故障、微网的运行模式、子微网间的交互功率和微网与主网的交互功率波动约束,建立了以安装成本、运行成本和可靠性成本之和为目标的优化模型,运用混合整数线性规划求解。讨论了不同直流负荷比率下的合理配置,并与传统交流微网进行了对比分析。算例表明:交直流混合微网在成本和可靠性方面有一定优势,并随着直流负荷比率的增大优势更加明显。     

交直流混合微网关键技术研究

结合交流、直流微网各自优点以及中国分布式电源、储能装置能量输出特点和中国负荷的供电需求,笔者介绍了交直流混合微网的优点及我国的微网技术的发展,分析了国内外交直流混合微网的研究现状及发展趋势。根据某科技产业园的负荷和电能质量需求,提出了适合中国优质电力产业园区供电需求的交直流混合微电网的技术方案;在现有微网技术研究基础上,讨论了中国交直流混合微网的关键技术和研究方向。     

基于二层规划模型的交直流混合微网源荷储协调分区优化经济调度

交直流混合微网作为一种具有前景的微网形式,其优化运行是微网领域内的重要研究课题。该文综合计及交直流混合微网经济性和环保性;并考虑负荷平移构建优化运行模型。将负荷平移策略和储能充放电策略综合考虑为负荷转移手段,以荷储协调负荷转移策略为上层决策变量,并计及负荷平移中用户用电效益损耗以负荷协调转移效益最大估计为上层目标;以交直流混合微网优化运行策略为下层决策变量并考虑交流区和直流区优化运行成本最小为下层目标,建立源荷储协调二层规划模型。应用混沌粒子群算法结合Yalmip优化软件对其进行求解。最后通过算例验证该方法可以提高并协调微网收益和用户效益,并更适用于交直流混合微网实际运行。     

基于文化基因算法的交直流混合微网优化运行

随着负荷种类逐渐增多,电力系统中直流负荷比例越来越大。交直流混合微网可以同时满足交流负荷和直流负荷需求,是目前研究的热点和难点。合理优化交直流混合微网中微源出力对于供电可靠性和微网运行成本至关重要。该文综合考虑微源燃料成本、电网购电成本、环境效益成本、网损、运行维护成本、微源初期建设成本及发电补贴,建立多目标、多约束优化运行数学模型。利用文化基因算法中特有的局部搜索和全局搜索理念,引入竞争和协作方法对目标函数展开迭代,从而提高算法收敛精度。将文化基因算法应用到求解交直流混合微网优化运行目标函数中,优化交直流混合微网运行成本,通过算例运行结果验证该算法的正确性和可行性。     

实时电价机制下交直流混合微网优化运行方法

为了提高交直流混合微网经济效益,提出实时电价机制下的交直流混合微网优化运行方法。首先针对交直流混合微网的结构和电气特性建立其优化运行模型;其次针对微网中负荷构成建立了基于负荷分类的负荷水平对实时电价的响应模型。所提出的日前调度模型将交直流混合微网制定的网内实时电价作为控制变量,给出实时电价制定策略和交直流混合微网日前调度方案。对所建立的模型采用混沌粒子群算法求解。最后通过一个算例验证了所提出方法可以提高风光消纳率,增加交直流混合微网收益并且减小用户平均电费支出。     

交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制EI北大核心CSCD

交直流混合微网具备交流微网与直流微网各自的特点,可以更加充分地利用各种不同类型的可再生能源发电,满足不同负荷的需要。交直流断面是交直流混合微网中直流区域与交流区域的互联部分。该文提出的基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制,主要控制断面两侧电压并使之稳定。通过构建S/R/T混合灵敏度函数,提高交直流断面抗击交流扰动和直流扰动的标称性能,增强其应对参数摄动的鲁棒性能。通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了交直流断面电压H_∞控制器的抗干扰能力与在换流器参数发生变化时该控制器仍可保持良好的控制性能的能力。     

基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制

交直流混合微网具备交流微网与直流微网各自的特点,可以更加充分地利用各种不同类型的可再生能源发电,满足不同负荷的需要。交直流断面是交直流混合微网中直流区域与交流区域的互联部分。该文提出的基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制,主要控制断面两侧电压并使之稳定。通过构建S/R/T混合灵敏度函数,提高交直流断面抗击交流扰动和直流扰动的标称性能,增强其应对参数摄动的鲁棒性能。通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了交直流断面电压H_∞控制器的抗干扰能力与在换流器参数发生变化时该控制器仍可保持良好的控制性能的能力。     

基于改进黑洞算法的交直流混合微网优化运行

交直流混合微网可综合发挥交流与直流的互补优势,其优化运行是微网领域的重要研究课题。该文综合考虑经济成本和环境成本,建立了交直流混合微网优化运行模型。基于交直流混合微网的结构特性,通过拆分协作思想将复杂的优化问题拆分为2个相对独立的交流区域优化问题和直流区域优化问题;通过引入混沌机制,加入星体被吸引的惯性和速度约束,优化初始星体的生成方式等,提出了基于改进黑洞算法的交直流混合微网优化方法,对交、直流子区域优化问题进行求解。仿真算例表明,提出的基于拆分协作思想的改进黑洞算法可以有效解决变量较多、结构较复杂的交直流混合微网的优化运行求解问题,能够以较少的综合运行成本实现更优的运行效果,验证了所提算法的有效性。     

计及碳排放成本的交直流混合微网优化运行

交直流混合微网可综合发挥交流微网与直流微网的特点,碳交易机制符合低碳经济理念。根据交直流混合微网的特点,建立了计及碳排放成本的交直流混合微网优化运行模型,通过对比不同权重下的经济指标和碳排放指标,研究碳交易机制的引入对混合微网优化运行的影响。在此基础上,引入双向换流器损耗模型,研究双向换流器损耗对混合微网经济调度的影响。算例结果表明,等权重调度策略具有更优的经济性和环保性,双向换流器损耗模型的引入改变了交流区域和直流区域可控微源出力,更加贴合实际。     

计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行方法

为了提高交直流混合微电网优化运行的适用性,针对交直流混合微电网特殊的网架结构和电气特性,基于两层时间尺度建立了计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行模型。首先,在h级时段,利用日前风光出力、负荷水平预测数据来制定日前经济调度方案。然后,在实时15 min级时段,检测在日前h级调度方案下的不平衡功率偏差,制定不平衡功率调整计划,该计划能够最大程度降低调整费用或者提高调整收益。最后通过算例验证所提方法的有效性。     

含三端口电力电子变压器的交直流混合微网分层优化

三端口电力电子变压器(PET)具有交流、直流接口,便于主网和交直流混合微网的协同优化。针对PET容量小、过载能力差的现状,提出一种分层优化模型:PET层以对公共耦合点负荷曲线削峰填谷为目标,从而优化主网、交流微网和直流微网的功率调度曲线;交流微网和直流微网以降低各自运行成本为目标、上层调度曲线为约束协调各微源出力,并在下层优化中计及了储能放电深度、荷电状态对运行成本的影响,将镜像转换和自适应惯性权重引入粒子群优化算法中对其进行求解。参照浙江某地交直流微网示范工程构建算例,验证了所提优化模型和求解方法的有效性。     

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。     

计及储能损耗和换流成本的交直流混合微网区域协调调度

根据并网型交直流混合微网的结构及运行要求提出4层运行方式。为了反映储能损耗的非线性特性,提出一种储能损耗成本积分计算模型,并以设备维护成本、储能及换流损耗成本和购售电费构成的日运行费用最小为目标,建立了交直流混合微网经济优化模型。实际算例分析表明经济参数之间的耦合关系决定交直流微网的运行方式,分析结果验证了所提并网型交直流混合微网运行方式、经济优化模型及储能损耗积分模型的合理性。     

新型交直流混合微电网拓扑及其可靠性分析

交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网的优点,是未来智能电网的发展趋势之一,而拓扑结构和可靠性研究是交直流混合微电网发展的基础。参考现有微电网拓扑结构,结合交直流混合微电网的构成和运行方式,提出了3类新型交直流混合微电网拓扑,分别是一对多型(一个交流微电网与多个直流微电网)、多对一型和多对多型,根据3类拓扑自身的特点,指出了各自的适用场景;基于配电网可靠性分析方法,考虑分布式电源接入和微电网孤岛运行,提出了交直流混合微电网的可靠性计算方法;通过算例,对比和分析了提出的3类新型交直流混合微电网拓扑的可靠性。     

交直流混合微电网源储协同优化配置

为提高交直流混合微电网运行效益,需要为分布式电源配置储能系统,以提高微电网对可再生电源的接纳能力。本文以交直流混合微电网为研究对象,提出电源与储能相协同的混合整数优化模型,以确定电源与储能的最优配置。以电源与储能投资成本以及涵盖发电成本与购售电费用的运行成本最小为目标,协同考虑电源与储能的时序动态特性,并计及交直流联络线功率传输损耗。基于Benders分解算法求解混合整数优化模型。算例分析表明,源储协同优化配置方案能够有效提高交直流混合微电网投资运行经济性,验证了本文所提模型的有效性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。     

基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制

为了减少功率损耗和确保独立交直流混合微电网稳定运行,设计一种新的基于混合储能动态调节的分布式协调控制策略。通过检测直流电压和交流电压频率,该策略对连接交直流微电网的双向AC/DC变流器输出功率进行动态调节。混合储能中采用下垂控制自动调节蓄电池的输出功率,同时超级电容器迅速提供负荷功率的高频分量,以减小负载突变对蓄电池和母线电压造成的冲击。此外,在逆变器的下垂控制器中引入电压前馈补偿量来减小交流负荷的电压波动。最后,利用Matlab/Simulink搭建了混合微电网仿真模型。仿真结果表明,在不同工况下,该分布式控制策略均能控制混合微电网稳定运行及电压稳定。     

孤网模式下交直流混合微电网互联变换器综合下垂控制

互联变换器的控制方式直接影响交直流微网的稳定运行。分析研究了交直流互联变换器在孤网运行下基于下垂理论的控制方式,包括双下垂控制、下垂特性单位化控制、基于单位化混合下垂控制,针对其在功率流动方向判定和功率参考值选取的不足,提出了一种基于综合下垂系数的控制策略,具体论述了综合下垂系数的求取过程,定义了交直流混合微电网系统下垂系数比,比较混合微网功率盈余与缺额值,将较小值作为互联变换器的功率参考值,最大程度地减小了单个子网偏离额定运行条件下对联络子网的影响。最后利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建交直流混合微电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。