直流微电网控制保护策略研究

  目的  直流微电网的控制及保护技术,对保证直流微电网的可靠、安全运行具有重要作用。论文旨在解决直流微电网设计中的关键技术问题。  方法  从直流母线拓扑结构选择、并离网切换控制策略、保护配置方案三个方面深入开展研究。  结果  通过研究,给出了直流母线拓扑结构选择原则、直流微电网的控制策略流程、保护分区及配置,并对直流互感器的选择进行了分析比较。  结论  研究成果在国家示范项目中得到了有效性验证,投运以来运行效果良好。     

基于改进自抗扰的光伏并网逆变器直流母线电压控制

针对直流母线电压的控制性能受到各种不确定干扰因素负面影响的问题,提出一种改进型自抗扰控制策略以增强直流母线电压的控制稳定性。该策略采用级联扩张状态观测器来补充传统方法下未估计的剩余扰动,进而提升扰动估计抑制能力。最后,通过理论分析和仿真结果验证所提策略的有效性和可行性。     

混杂负载条件下高低压直流配电母线电压平衡控制方法

针对混杂条件下母线电压平衡容易受到谐波分量扰动,导致电压平衡控制效果不佳的问题,提出混杂负载条件下高低压直流配电母线电压平衡控制方法。该方法通过充分考虑不平衡和非线性混合负载对高低压直流配电母线输出电压的扰动,构建逆变环节控制模型,能够有效控制逆变环节。对于考虑不平衡运行情况,设计模拟控制器,将逆变内环反馈量作为控制参量,结合脉冲移相角调制结果,得到驱动脉冲。使用驱动脉冲直接参与传递功率均衡控制,消除参数差异造成的输出电压差异。分析H桥单元直流侧功率关系,使用各级单元跟踪相同传递功率,实现电压均衡。通过在直流变换器控制过程中引入功率指令补偿量,消除谐波含量,达到谐波抑制的效果。通过仿真实验可知,该方法能够使三级电压稳定在68.5V,且谐波含量较低,能够起到有效抑制谐波的作用,确保高低压直流配电母线安全稳定。     

基于多个松弛终端的直流母线电压分层控制策略研究

独立运行的多微源直流微电网,因其抗扰动能力弱,需要制定合理的能量管理控制策略来平衡微源间的功率流动,实现直流微电网的稳定运行。采用基于多个松弛终端的直流母线电压分层控制策略实现直流微电网的协调控制,当直流微电网中光伏发电功率或者负载发生变化时,通过松弛终端来维持直流母线电压稳定。根据电压分层控制策略,文章所研究的微网组网中松弛终端是超级电容、蓄电池和燃料电池,分别采用双闭环电流电压控制、基于电压的下垂控制和恒压控制实现孤岛模式下分布式发电系统和混合储能系统间的功率平衡。其中光伏发电根据需要可以作为松弛终端,也可以作为功率终端。通过仿真分析研究,验证了该控制策略的良好效果。     

基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法

为提高直流微网中母线电压稳定速度,增强抗干扰性,结合有限时间控制理论和无源控制理论,提出一种新的基于混合储能直流母线电压有限时间无源控制方法。针对无源控制中渐近收敛问题,运用有限时间控制理论,引入最终吸引子,改进渐近收敛性能为有限时间收敛;基于混合储能系统数学模型,设计混合储能系统的有限时间无源控制器;以独立光伏发电系统为例,搭建系统仿真平台,同时为了对比控制性能,给出混合储能系统的无源控制器。仿真结果表明,所提出的方法使直流母线电压在光照强度、负荷变化的情况下具有更快的收敛性能和更强的抗干扰性。     

微网孤岛模式下逆变器双闭环控制策略

微网系统孤岛运行时,失去电网电压和频率的支撑,传统的单闭环电压控制已经无法满足对逆变器的有效控制。文章在传统单闭环电压控制的基础上,加入电流内环,采用电压预同步控制,对交流母线电压和频率有效控制,减小逆变器输出电流对电网的冲击。引入电容电流前馈解耦,保证逆变器输出功率实时满足不同负载的功率变化,提高了系统带感性负载时的稳定性。通过仿真分析,该控制策略实现了交流侧母线电压和频率的稳定,且系统带不同负载时,逆变器具有较好的动态响应性能,验证了该控制策略的有效性和正确性。     

光储直流微网混合储能控制策略研究

混合储能相较于单一储能可以更好地解决微电网电压、频率波动等问题.为了充分利用混合储能系统的优势,使各储能电池优势互补,并考虑到储能变换器弱阻尼、低惯性的特点,提出了基于虚拟直流发电机控制的混合储能单元分频控制策略.该控制策略在混合储能单元分频控制的基础上,对功率密度电池储能变换器采用虚拟直流发电机控制,以增大功率密度型...     

对基于直流配电与直流微网的电气节能分析

近年来随着我国经济的不断发展,各方面都取得了良好的进步,但是由此也产生了大量的能源消耗问题,所以为了保证电力资源的可持续发展,本文研究了基于直流配电网和直流微网的电能节约问题。首先本文说明了目前能源浪费和环境遭受污染的问题,然后分析了直流电和直流微网运行的重要意义,并进行了可行性分析,然后分析了直流配电和直流微网在电气节能方面的两大应用。     

基于故障电流控制的直流微网过电流保护研究

目的  随着分布式电源以及电动汽车等新型负荷的发展,直流微网相较于交流微网有着换流环节少,系统损耗低等优点,成为目前的研究热点。直流微网覆盖范围小,且接入了大量的分布式电源,因此发生极间短路故障时,故障电流上升速度快,幅值大,使得传统交流配电网采用的过流保护难以实现级差配合,给故障定位造成了极大的困难。 方法  对此,针对直流微网故障电流的特点,提出限流与保护相融合,基于故障电流精确控制值设计过流保护整定值的方法,结合各支路合理的容量设计,可轻松实现级差配合,准确定位故障。 结果  文章在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建相应的直流微网模型,对所提保护方案进行了仿真验证,结果表明该方案能正确定位故障点并迅速切除故障。 结论  所提的保护方案保证了过电流的选择性。这验证了所提保护方案的合理性。     

含低风速分布式风电的交直流混合配电网的直流母线电压控制

为促进接近负荷中心的低风速风电开发和并网,文章在Matlab/Simulink中构建了一种含低风速分布式风电的新型交直流混合配电系统。针对低风速高湍流特性导致的直流母线电压波动问题,提出了一种改进控制策略。该策略在风电机组直流母线前加装超级电容,并以风功率预测值设计超级电容输出功率前馈控制,通过维持直流母线注入功率稳定抑制直流母线电压波动。研究结果表明,改进电压控制策略能够有效抑制高湍流风速下直流母线电压波动。     

基于功率分层的孤岛直流微网协调控制策略

文章提出一种改进型功率分层协调控制策略,该策略利用荷源功率差信号代替母线电压信号作为切换条件,使孤岛型光储直流微网系统能够在不同运行模式间平滑切换,从而实现微网内部功率的动态平衡,保证不同工况下均存在以电压特性运行的松弛终端给直流母线提供电压支撑。通过下垂控制实现并联型储能系统按照实时功率调节能力决定自身出力,有效避免储能系统的过充过放,并引入二次运行控制环节解决了储能单元功率分配超过最大充放电功率引起的系统失衡问题。最后通过Matlab/Simulink平台在不同工况下实现该策略,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性与优越性。     

基于解耦理论的低压微电网下垂控制优化研究

线路阻感特性使低压微电网功率耦合严重,影响下垂策略的控制效果。文章利用相对增益矩阵分析低压微网功率耦合程度,提出在下垂控制中加入虚拟负电阻改善控制效果,并进一步分析了虚拟负电阻参数选择对系统稳定性的影响。分析结果表明:虚拟负电阻能够使逆变器输出阻抗呈容性,改善线路压降和无功补偿配置问题。理论分析证明了解耦理论与虚拟负电阻在改善低压微电网下垂控制策略方面的有效性。仿真分析进一步说明了所提出方法的可行性。     

基于RBF神经网络的直流微电网均流控制策略

针对直流微电网功率分配问题,利用径向基神经网络(RBF)建立了直流变换器的动态等效模型,提出了一种改进的功率分配控制策略。以直流微电网模型为基础,以采集的本地单元变换器电压、电流值为输入,以其他单元变换器的输出电压、电流值为输出作为训练数据。在无需通讯的情况下,利用神经网络只需要本单元信息便可准确预测其它并联单元输出,并应用到本地控制器当中,从而改善功率分配和电能质量。文章利用Matlab/Simulink建立的对比仿真模型,证明了该控制策略在多种情况下都具有很好的控制效果。     

Hierarchical energy management control for islanding DC microgrid with electric-hydrogen hybrid storage system

In this paper, a hierarchical state machine energy management control method based on minimum cost algorithm is proposed. This method consists two layers, the bottom layer is responsible for the control of each devices while the top layer uses state machine strategy and minimum utilization algorithm to distribute power for each micro sources. Combining the minimum utilization cost theory with the state machine control method, the control system can optimize the utilization cost and energy storage level of the electric-hydrogen hybrid energy storage system under the premise of meeting the requirements of the basic operation of the microgrid. Through the centralized management of the top layer and the control of the bottom layer, the method completes the operation target of the microgrid, thus improving the energy utilization rate and reducing the utilization cost of the system. The real time simulation is carried out through the RT-LAB semi physical system. By a 72 h online operation under actual conditions, the effectiveness of the proposed method is verified, which ensures the low cost and stability of the island DC microgrid with electric-hydrogen hybrid energy system.     

风光储微网系统孤岛运行控制策略研究

文章建立了基于光伏发电系统、永磁同步风力发电系统以及混合储能系统的微网系统,主要对低压微网孤岛运行控制策略进行研究。针对传统单一主电源控制存在的缺陷,设计了由超级电容和蓄电池组成的混合储能系统作为主电源,采用改进V/F控制策略,为微网系统提供电压和频率支撑,同时在微网系统频率波动时实现功率的快速跟踪;风力发电系统和光伏发电系统作为从电源,采用按最大功率跟踪输出的PQ控制策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了微网系统仿真模型并对不同运行工况进行仿真实验,仿真结果表明了该控制策略的有效性,同时微网孤岛运行的可靠性和稳定性得到了提高。     

直流汇流型户用微电网并网逆变器控制策略研究

综合考虑偏远地区负荷供电和电能质量较差的问题,文章设计了适用于户用级别的微电网结构,并根据设计的微电网结构类型研究并实现了户用微电网的能量管理控制策略。该控制策略主要基于用户侧的功能需求分析,优先使用直流侧风光发电资源,实现了能量的最优化利用。     

低压微网逆变器孤岛运行控制策略研究

低压微网系统中的逆变器孤岛运行时,由于失去电网电压和频率的支撑,逆变器的控制变得困难。在负载突变情况下,容易引起微网交流母线电压和频率幅值的波动,导致微网系统无法提供可靠的电能;当逆变器并联处于孤岛运行时,微网系统要求各台逆变器能够按各自容量实现功率精确分配,同时还应具有较快的动态响应能力。针对以上问题,文章逆变器的外环控制采用改进功率下垂系数调节的电压PI控制、内环采用瞬时电流PR双闭环控制,保证负载突变时具有较快的动态响应速度和无稳态误差控制。仿真结果验证了文章控制策略的可靠性。     

低压储能微网孤岛运行保护的研究

储能是微电网的核心部分,可以消减一些可再生能源发电的间歇性和波动性对发电系统的影响,保证微网安全可靠的运行。针对储能单元在低压微网孤岛运行的保护,提出了一种电压反时限保护方法,以对微网故障的检测、故障类型的判别以及故障的切除。通过MATLAB仿真分析,验证了该方法的有效性,对微网实际工程中的保护提供了理论依据。