含电压源型逆变器和同步电机接口的微网控制

根据微电源类型的不同,其入网接口方式也可分为两种:电压源型逆变器（Voltage Source Inverter, VSI）接口和同步电机（Synchronous Generator,SG）接口。设计了一种包含这两种接口方式的微网控制策略。VSI接口采用针对有功功率限值的设定进行改进的下垂控制策略,并添加相应滤波装置使得控制更加精准。SG接口在下垂控制策略基础上改进输出所需机械功率及励磁电压驱动电机运行。二者之间无需复杂的通信环节,可实现功率输出自我调整,并使微网系统稳定在电能质量允许的范围内。为实现微网与大电网的无缝转接,设计静态开关（Static Switch, SS）使得电网、SG接口的微电源、VSI接口的微电源在彼此电压接近同频同相时接通。仿真算例验证了微网控制策略及静态开关设计的有效性。     

电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究

针对应用于交直流混合微网的电力电子变压器(PET),分析了并网和离网两种运行模式,并设计了相应的控制策略。并网模式下,控制PET输入接口使交直流混合微网等效为"阻性负载"或"电流源",同时控制交流和直流输出接口都等效为恒定的电压源。对于离网模式,提出了混合功率下垂控制,能根据接口处频率和电压信息,结合混合微网下垂特性得到微网间需交换的功率。搭建了交直流微网系统和电力电子变压器仿真模型,仿真结果表明,在分布式能源功率波动情况下,PET能准确快速地调节主网、交流微网和直流微网三者间功率的流动,实现交直流混合微网的稳定运行,验证了控制策略的可靠性。     

基于电力电子变压器的微网相间潮流控制研究

针对微网内高密度分布式电源DG(distributed generation)输出功率波动引起的微网三相潮流不平衡及运行不稳定问题,研究了基于电力电子变压器PET(power electronic transformer)的微网相间潮流控制方法。推导了基于三相独立控制的PET输出级变流器数学模型,提出了分相改进下垂控制策略,可以协调微网内相间的功率交换,从而保证了各相分布式电源的最大利用率。同时,增加电压和频率修正环节快速调整功率波动时的电压和频率偏差,提高了微网运行的稳定性。PSCAD/EMTDC仿真证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

高压微网运行模式切换控制策略

以未来可再生电能传输和管理(FREEDM)网络为研究对象,提出一种新型电压模式控制策略,用于实现FREEDM网络联网与孤岛模式间的切换。由于始终将并网逆变器控制为电压源,因此避免了运行模式变化时控制策略的切换,并采用改进的相角下垂控制取代传统频率下垂控制,使微网频率与输出功率分离,降低切换难度。联网运行时,将功率偏差作为反馈量加入到下垂控制环节,实现逆变器的恒功率输出。重新设计同步调节器,使微网进入联网模式时准同期并网,进入孤岛模式时降低脱网过程对微网的冲击,实现平滑过渡。仿真分析表明,本文所提出的控制策略可实现快速同步调节,切换过程公共连接点处(PCC)冲击电流较小,可以很好地稳定微网电压和频率,并有效抑制微网电源间环流。     

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。     

微网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略

提出一种基于下垂控制的微电网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。经理论分析和仿真得到结论:(1)所设计LCL-VSC型微源闭环解耦控制系统,由于包含全部LCL滤波参数,高频谐波抑制能力较强;(2)所提基于自适应功率补偿的无功-电压和有功-频率稳定控制策略,能够有效抑制微网孤岛模式下负载对系统电压、频率的扰动;(3)所提微网运行模式平滑切换控制策略,可实现模式切换时电压、频率和功率的平滑过渡。所提并网相位同步控制方法,由于融入了大电网电压锁相控制功能,取消了电网电压锁相环,并且,采取的相位调节方法消除了传统频率调节法对频率下垂控制的影响;所提离网功率同步控制方法,实现了离网瞬间微网输出功率与负载功率的同步,在稳定微网电压和频率的同时,确保电力开关的零负荷分断。     

低压微电网逆变器频率电压协调控制

近年来,分布式发电(Distributed Generation,DG)技术发展迅猛,DG结合本地负载、储能设备等可构成微电网,微电网能够在并网模式与孤岛模式下运行。并网时,DG输出给定的功率,实现能量管理;孤岛运行时,要求DG维持微电网电压和频率稳定。因而微网中逆变器的控制尤为重要。由于传输线阻抗特性不同,本文在低压系统中应采用PV下垂控制,PV下垂控制能够实现孤岛运行时不同DG均分负载,但它是有差调节,电压和频率会存在较大的偏差。本文提出一种改进的PV下垂控制(NPV):加入电压和频率偏差的前馈调节,可实现电压和频率的二次调节。以微电网脱网运行的稳态以及暂态情况分析为例,通过PSCAD仿真以及实验,验证了NPV不但可以实现并网时的能量管理而且还实现了孤岛运行过程中电压和频率的二次调节。     

基于对等控制策略的微电网运行

为减小微电网对通信系统的依赖性,实现分布式电源和负荷的即插即用,结合微电网不同运行模式,研究了微电网对等控制策略。在对等控制策略中,分布式电源采用下垂控制,调节分布式电源的输出电压和频率;下垂控制器中的P-f和Q-U具有线性的下垂特性。建立了对等控制策略下的微电网运行模型,分析了并网和孤岛运行模式之间切换、孤岛模式下切/增负荷及孤岛模式下切/增微电源三种运行状况下的微电网运行特性,基于Matlab/Simulink仿真结果,研究了微电网母线电压、DG频率和功率的变化规律,验证了控制策略的正确性和可行性。     

基于下垂控制的微网无缝切换控制策略研究

基于下垂控制的微网离网运行时,分布式电源需要根据本地的有功、无功负荷及下垂特性调整输出电压频率和幅值参考来实现微网的稳定运行和有功、无功负荷的合理分配,但下垂控制会导致微网并网点两侧电压相位和幅值不再一致,当微网由离网运行转换到并网运行时,如不采取一定的控制将导致并网瞬间出现较大的功率冲击,直接影响微网的电能质量和稳定运行。为此,提出一种基于下垂控制的微网无缝切换控制策略,利用分布式电源底层电压控制模式不变的特点,实现微网由并网运行到离网运行的平滑切换。通过第二层的电压频率恢复控制和改进的相位控制,大大减小微网由离网运行到并网运行切换瞬间的功率冲击。该策略不仅实现了微网内分布式电源的灵活接入,而且使整个微网实现了即插即用的功能。最后通过电磁暂态模拟程序软件和电力系统计算机辅助设计(electric magnitic transient in DC System and power system computer aided design,EMTDC/PSCAD)进行仿真计算,验证控制策略的有效性。     

一种微电网并/离网运行模式统一控制策略

微电网在并网和孤岛两种运行模式切换过程中,需要改变控制结构,容易造成电压和电流突变,影响系统稳定运行。为此,提出了一种微电网并/离网统一控制策略,将分布式电源(distributed generator,DG)控制为电流控制电压源(current controlled voltage source,CCVS),同时适用于并网、孤岛两种模式,模式切换过程中无需孤岛检测和控制策略切换,能较好地解决微电网无缝切换问题,并且保证并网时DG恒功率输出,孤岛运行时频率、电压稳定,负荷功率均分。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。     

同步控制逆变电源并网预同步过程分析

在下垂特性的基础上,通过引入虚拟调速器和虚拟励磁器等概念,赋予了逆变电源频率与电压惯性保持特性,使其动态特性类似于同步发电机。研究了非理想并网合闸条件下,下垂控制同步逆变电源和虚拟同步发电机控制逆变电源并入电网的预同步动态过程。在分析逆变电源并网预同步过程中,为了突出比较两种逆变电源的动态特性,考虑电网的惯量,可以将逆变电源并入同步发电机带负荷系统。在MATLAB/Simulink仿真环境中,对无惯量和有惯量同步电源与微电网在并网动态过程中频率和电压变化进行了对比分析。研究表明,基于下垂控制的同步电源在并网预同步动态过程中,其频率和电压出现突变,变化率较大,而基于虚拟同步发电机控制的逆变电源,其频率和电压不出现突变,具有较平缓的变化幅度。     

下垂控制在基于固态变压器的高压微电网中的应用

对下垂控制应用于微电网进行了理论分析,指出将其应用于基于固态变压器(SST)的高压微电网的合理性和优越性。研究了下垂系数与微电网动态性能之间的关系,分析了下垂系数对微电网频率稳定范围的影响。在SST的高压变流器中实现下垂控制,并推导了SST的容量与下垂系数的关系。通过一个环形的高压微电网,仿真分析了所提出的下垂控制策略在高压微电网联网运行、孤岛运行以及这2种模式切换时稳定微电网频率和电压的效果。仿真结果表明,各种运行模式下,微电网的电压和频率均具有良好的稳定性。     

基于下垂特性的分布式发电系统的设计

分布式发电微网系统,既可以与配电网联网运行,也可以与配电网断开孤岛运行,在运行模式切换的过程中,分布式电源的并网控制策略起着关键性的作用。基于传统的电压频率下垂特性理论,结合有功和无功功率解耦控制技术,提出了一种新型的分布式电源的控制策略。在微网系统联网运行模式下控制分布式电源输出指定的有功和无功功率,在孤岛运行模式下为微网系统提供电压和频率的支撑。结合相关算例,详细分析了分布式电源的动态特性。仿真结果验证:控制策略正确、有效,能保证系统的电压偏差约为+8%,频率偏差约为±0.25 Hz。为微网系统中分布式电源的应用提供了理论基础。     

含多种分布式电源的微电网控制策略

针对微电网的并网与孤岛运行方式以及2种运行方式之间的转换,提出了一种含多种分布式电源的微电网控制策略。该控制策略中微电网中心控制器连续监测微电网和大电网的运行状态并对微电网进行统一的协调控制:对于并网运行的微电网,当检测到孤岛状态时立即切换到孤岛运行控制方式;对于孤岛运行的微电网,通过选择主调频电源实现微电网频率的无差调节,避免了下垂控制产生的频率偏差;微电网重新并网时,通过采用电压灵敏度分析方法调节并网接口处的电压幅值并监视与大电网的电压相位差,实现微电网运行方式的平稳切换。采用PSCAD/EMTDC软件对含多种分布式电源的微电网进行仿真分析。仿真结果表明,提出的控制策略能够维持微电网的稳定运行,并能实现微电网并网与孤岛运行方式的平稳过渡。     

含多种分布式电源的微网动态仿真

通过算例仿真研究了不同分布式电源配置方案下低压微网从并网模式向孤网模式转换的动态运行特性,获得了分布式电源的功率、微网电压和频率的变化规律。如果选择微型燃气轮机作为微网的功率支撑手段,在微网从并网向孤网过渡过程中,系统频率波动较大,且部分分布式电源有可能在低频保护动作下与电网隔离,不利于微网的稳定运行;增加储能设备后,储能设备对于微网的稳定运行可发挥重要的作用。采用下垂控制策略的蓄电池在微网孤岛运行时可以快速为系统提供有功、无功支撑,有效抑制了由于燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差。     

H‐infinity controller for frequency and voltage regulation in grid‐connected and islanded microgrid

This paper presents a study on a grid‐connected and islanded multiple distributed generation (DG) system for frequency and voltage regulation. The multiple DG system includes solar cells, wind turbine, fuel cell, and battery storage. The H‐infinity controller is used whose weighting parameters are optimized to minimize voltage and frequency deviation. The performance of the system is analyzed under different conditions for both grid‐connected and islanded modes of operation. In case of the load variations, the inner voltage and current loop react based on the H‐ infinity control strategies. The outer power loop uses the droop characteristic controller. The design is simulated using MATLAB/SIMULINK. The simulation results show that the multiple DG system can supply high‐quality power both in grid‐connected and islanded modes. Also, we show that the proposed control methodology will make the system to transit smoothly between the islanded mode and the grid‐connected mode. The results indicate that the frequency and voltage deviations meet the nominal values as per IEEE standard. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

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。