基于同步逆变器的微电网二次调频策略及特性分析

同步逆变器技术在分布式电源并网及微电网的应用得到广泛关注。针对基于多台同步逆变器并列运行的微电网,对等下垂控制策略适用于一次调频控制,当负荷突增或发电功率突降造成微电网总体功率不足进而频率越限时,需要采用二次调频控制,重新确定系统的有功功率–频率平衡点。文章提出了无需通信系统的3种二次调频策略,通过调节可调逆变器的下垂控制曲线,实现在线自动二次调频控制。分别针对3种策略,提出定值在线整定方法,比较了最大定值对最大输出功率的灵敏度及调频动态性能,在此基础上分析了微电网的有功功率–频率特性。最后,用Matlab/Simulink仿真平台搭建包含4台同步逆变器、3个负载的微电网仿真模型,验证了所提策略的有效性。     

基于数据驱动的孤岛微网自适应调频策略

微电网孤岛运行时,基于下垂控制的并联逆变器无法消除频率的静态偏差,必须借助二次调频来稳定频率值。在进行二次频率控制器参数设计时需要用到微网频率响应模型,然而由于微网系统的结构复杂多变以及系统内微源和负荷种类多样等原因,微网系统的数学模型难以获取,控制器参数也因此难以整定。为解决上述问题,提出一种基于数据驱动的改进无模型自适应控制的二次调频策略,该控制算法仅需要采样关键节点处的输入输出数据,利用RBF神经网络的自适应和自学习能力并按照一定的控制周期在线整定二次调频系统的无模型自适应控制器参数,从而将频率稳定在基准值。仿真结果验证了所提策略有很好的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制策略

针对复杂海况下船舶微电网由于负载投切导致频率偏移越限及船舶微电网二次调频控制器设计的问题，提出一种基于无模型自适应控制(MFAC)的船舶微电网二次调频控制策略。对包含未知船舶负载扰动的虚拟同步发电机转子运动方程进行离散化处理，通过紧格式动态线性化处理方法给出关于虚拟同步发电机输出角频率与虚拟输入机械功率离散后的数据模型，并将未知负载扰动合并到一个非线性项中；根据数据模型设计MFAC控制器，并给出伪偏导数估计算法；采用径向基神经网络观测器对包含船舶负载扰动的非线性项进行观测，并结合无模型自适应控制改进虚拟同步发电机控制策略，给出船舶负载扰动下的船舶微电网二次调频控制方案；构建船舶微电网二次调频系统；最后在仿真模型中验证了所提控制策略的准确性和有效性。     

计及综合效益的虚拟同步化微电网二次调频策略

为解决传统微电网调频策略过于依赖微电网中央控制器,响应速度慢,可靠性及经济性差等问题,该文在虚拟同步机控制技术及其调频特性的基础上,提出一种综合考虑电源虚拟同步机发电成本及负荷虚拟同步机用电收益的虚拟同步化微电网二次调频策略。该策略以微电网二次调频的综合效益为目标,通过源、荷、储虚拟同步机相邻控制器间的稀疏通信,采用分布式计算,得到虚拟同步变换器的有功参数最优参考值,从而实现了计及综合运行成本的频率最优调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建了具有不同运行成本单元的虚拟同步化微电网模型,通过仿真及硬件在环实验,验证所提二次调频策略的有效性,与传统经济调频策略相比的优越性以及并网时对主网的频率支撑作用。     

计及二次调频独立型微电网快速调频策略

独立型微电网惯性弱、功率波动性强,遭遇大的功率扰动时,主电源调频容量不足易引起系统频率失稳。为了提高独立型微电网暂态频率稳定能力,提出了一种计及二次调频的快速调频策略。首先分析独立型微电网在主电源一/二次调频作用下频率运行区间,并通过仿真研究大扰动下主电源控制行为及频率特征。在此基础上,计及二次调频影响,基于微网协调控...     

微电网孤岛模式下虚拟同步发电机的频率控制研究

在微电网孤岛运行方式下采用传统虚拟同步发电机的控制方式,仅具有一次调频的功能;利用虚拟同步发电机控制参数灵活的特点,提出了一种改变下垂控制系数的二次调频策略,该策略利用频率和负荷变化量即可整定出新的下垂控制系数;虚拟同步发电机可根据负荷变化过程中频率是否超过其限定值,在一次调频控制和二次调频控制间灵活的切换,实现了微电网支撑频率的目的,提高了微电网抵御负荷变化的能力。最后通过MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建了微电网的孤岛运行模型,验证了微电网孤岛模式下频率控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测

新能源大规模并网使得新型电力系统的暂态频率响应特征更加复杂,现有频率在线预测方法难以兼顾准确性和及时性。基于此,提出基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测方法。首先,基于长短期记忆网络,离线训练多个具有不同长度时序数据输入的频率曲线循环预测模型;其次,利用参数辨识方法离线建立各发电集群的通用等值频率响应模型,在此基础上构建系统有功-频率物理机理快速分析模型;最后,串行融合前述频率曲线循环预测模型与有功-频率物理机理快速分析模型,并提出“可信度量化评估指标”,实时分析在线预测过程中不同评估时刻下预测结果的精度,自适应调整输入时序数据长度,直至预测结果满足要求并输出。含风电的IEEE39节点系统的仿真结果表明,所提方法在不同风电渗透率或不同扰动下均能快速、准确地预测暂态频率响应曲线,相较于其他在线预测方法具有更优的评估性能。     

电力系统阻尼控制中的在线递推闭环子空间辨识

提出了电力系统阻尼控制中状态空间模型的在线递推闭环子空间辨识算法。在闭环条件下,基于广域测量信息,在线地辨识了包含主导低频振荡模式的系统降阶状态空间模型,并依此在线设计和更新线性二次最优部分输出辅助区间阻尼控制器以抑制区间低频振荡模式。算法具有良好的数值稳定性和较低的时间复杂度,能够实现系统模型的递推更新和辅助阻尼控制器参数的在线调整。8机36节点系统的仿真验证了算法的有效性。     

基于二次调频的VSG自适应反推鲁棒控制研究

针对微电网中逆变器模型的非线性特征、参数摄动、及大负荷扰动造成的频率波动问题,提出一种基于二次调频的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)自适应反推鲁棒控制方法。在建立包含参数摄动以及输出侧负荷扰动VSG数学模型的基础上,通过李雅普诺夫函数设计出VSG的反推自适应控制律,并证明了系统的稳定性;将VSG自适应反推鲁棒控制与二次调频技术相结合,当频率偏差超出设定范围,则启动二次调频,使频率快速恢复至较小范围;自适应反推鲁棒控制算法则能快速自适应补偿系统的不确定性,在小偏差范围内具有较好动静态性能。使系统兼具大偏差快速恢复,小偏差动态响应好的特点。MATLAB/Simulink环境下的仿真结果验证了方法的有效性。     

采用主从控制策略的微电网等值方法

微电网中含有规模化灵活可控的柔性元件,采用传统配电网等值方法进行微电网等值会带来一定的不适应性。为此采用电力系统负荷建模中的总体测辨法研究微电网的等值模型,在考虑微电网控制策略对其外特性影响的基础上提出合理的模型结构,并用免疫算法对模型参数进行辨识,所提出的模型为非机理模型,能较好地还原微电网的动态特性。最后,通过故障仿真校验的方式验证了模型的有效性。     

动态电压恢复器的模型预测控制

为了提高动态电压恢复器的响应速度和稳态精度,提出了基于模型预测控制的控制策略,详细分析了控制器参数设计方法。在分析动态电压恢复器主电路模型的基础上,采用内环电流控制器对模型进行改进,得出模型预测控制所需的被控对象一步预测模型,设计了模型预测控制器。所提控制算法克服了基于非参数预测模型的模型预测控制由于算法复杂、参数调整困难,计算量大,很难直接应用到电力系统这样的快速实时系统中的问题,同时实现了预测控制滚动优化、反馈校正的优点。在满意的稳定精度下,明显提高了系统的动态响应速度。与经典控制策略的实验对比分析,     

基于系统辨识建模的微网二次电压频率控制器参数设计方法

在采用由下垂或者虚拟同步机控制的逆变器构建的微网系统中,二次电压频率调节器参数优化是提高微网电压频率性能的关键。进行电压频率参数优化分析的前提是获取微网电压频率响应模型,但是由于微网系统结构复杂多样,系统内微源和负荷种类繁多,以及商业化电源广泛使用造成的电源模型难以获得等原因,给微网机理建模带来了很多困难。为解决上述问题,通过建立微网系统公共连接点电压频率响应模型结构,利用在微网中采样的运行数据以及系统辨识方法对模型中传递函数进行辨识,并利用辨识得到的模型对微网系统二次电压频率控制器进行参数优化。所提方法不仅可以在微网内部结构以及电源模型未知的情况下对微网进行建模,而且所建模型阶次低,便于调节器参数设计使用。最后,在微网实验平台上对所提方法的有效性进行了实验验证。     

基于电力电子变压器的低压微电网负荷灵敏度在线辨识

负荷灵敏度在线辨识是一种新的负荷建模方法,在对含有电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的低压微电网负荷灵敏度在线辨识方法及应用进行深入研究的基础上,首先建立了AC/DC/AC型PET的数学模型,并给出了PET实现负荷灵敏度在线辨识的基本方法,分析了分布式电源的接入对辨识结果的影响;在此基础上,提出了一种基于PET电压/频率协调控制的微电网柔性负荷控制策略。仿真结果表明,在线辨识方法可以实时获得负荷模型参数,依据所获负荷模型,PET通过跟踪系统柔性减载指令,实现系统柔性控制与管理,为电网柔性负荷控制提供技术支持。     

提高光储柴独立微网频率稳定性的虚拟同步发电机控制策略

针对由间歇性可再生能源、柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统构成的独立微网,提出一种提高系统频率稳定性的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型并分析其输出电压与频率的阶跃特性;其次,在理论分析VSG控制与微网频率稳定性关系的基础上,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调压特性引入储能变换器(ESC)的控制中,使ESC具有虚拟惯性与阻尼;然后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对比针对ESC采用传统电流控制、下垂控制及VSG控制时负载阶跃条件下的系统频率响应特性;最后,建立一套包含2台VSG及1台DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

基于改进模型预测控制的微电网能量管理策略

微电网中分布式电源出力具有间歇性、波动性等特点,并且负荷形式多样,分布式电源和负荷的不确定性会导致微电网能量优化的不确定性。为了更好地解决上述问题,提出了一种基于改进模型预测控制(MPC)的双层多时间尺度微电网优化策略。传统MPC优化中某些模型参数固定,难以及时处理系统中的突发扰动;并且传统MPC的单个优化周期时长有限,难以处理一些与时间相关或影响优化结果全局性的复杂约束。根据微电网中不确定性因素及复杂约束提出MPC的自适应改进,能更好地适应微电网设备投切灵活、发电功率受外界影响大等特性,更好地保障系统的鲁棒性与优化的精确性。基于日前计划优化出未来的能量分配及负荷调度;在日内基于改进MPC并参考日前优化结果进行实时能量优化,从而使目标更优,提高结果的准确性。最后应用MATLAB进行仿真,证明了所提策略的适用性和准确性。     

风储联合发电系统参与频率响应的模型预测控制策略

储能电池的柔性控制作用使其在参与电网调频方面具有优势,将风电和储能相结合,构成风储联合发电系统参与电网调频,具有协同增效的优势。为此,基于模型预测控制方法,提出风储联合调频策略。该策略在考虑风电场和储能各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域最优控制问题协调了两者之间的出力分配,并使用滚动时域估计方法来实时估计电网的有功功率不平衡量,从而可根据更准确的系统状态信息来计算最优控制量。最后对提出的策略进行了仿真分析,结果表明该策略能够提高电网的调频性能。     

考虑广域测量时滞的广义预测电网阻尼控制

针对大型电力系统模型的复杂性和时变性使得离线计算结果可靠度不高的问题,利用广域测量条件下数据实时同步高速采集的优点,将广义预测控制理论应用于电网阻尼控制系统,提出一种适用于广域测量条件的电力系统阻尼控制器设计方案,以实现系统的实时监测、滚动优化和反馈控制。该方案引入预估补偿器以克服远方反馈信号的时滞对控制性能的影响;通过在线辨识参数不断修正广义预测控制器模型和预估器参数进行优化控制,达到改善互联电网阻尼、抑制低频振荡的目的。基于EPRI 36节点系统和国内某实际电网的仿真试验结果证实了控制方法的有效性。     

海岛独立微电网多时间尺度能量调度方法研究

海岛独立微电网是一个复杂信息物理系统,其能量调度是非线性、多约束、多时间尺度的动态性问题。针对这一问题,研究了改进自适应粒子群算法的多时间尺度优化调度模型,并给出了日前多目标调度模型和日内滚动优化修正模型。日前多目标调度基于改进自适应粒子群算法进行多目标优化,确保微电网系统的经济性和稳定性;日内滚动优化调度采取滚动优化方式修正日前调度,确保日前调度的有效性。仿真算例验证了所提方法的有效性和可行性。     

考虑网络损耗的基于模型预测直流微电网群能量优化策略

直流微电网群实现了多个直流微电网的互联与能量互济,提高了单一直流微电网供电效率和可靠性,但多个直流子网的接入使得直流微电网拓扑更加复杂,增加了网络传输损耗和协调控制难度.文中提出一种以最小损耗为目标,具有自适应分配系数的优化策略.通过对各子网预测功率的修正,实现直流微电网群功率的协调与优化.为预测各子网功率变化情况,提出基于脉宽调制的模型预测控制,降低了在线运算量.最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性.