含混合储能直流微电网混合势函数建模及稳定性分析

针对含恒功率负荷的混合储能直流微电网大扰动稳定及储能变换器建模问题,在推导混合储能(hybrid energy storage system, HESS)脉宽调制开关网络等效模型基础上,提出了一种基于混合势函数理论的含HESS直流微电网稳定性判据及分析方法。首先,计及HESS充放电特性,将含HESS直流微电网系统的工作状态划分为buck和boost工作模式;接着,分别建立上述两种工作模式下基于脉宽调制开关网络等效模型的直流微电网系统混合势函数模型;最后,应用混合势函数理论第3稳定性定理,分别推导得到buck和boost工作模式下的直流微电网大扰动稳定性判据,并对比基于开关平均模型的系统稳定性判据,提出的稳定性判据推导方法对系统动态行为预测更为准确。仿真验证了所提稳定性分析方法的合理性以及混合势函数判据的先进性。     

基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据

交直流混合微电网系统中,大量电动机负载和变换器负载由受闭环控制的电力电子设备连接交流母线,具有负阻抗特性,可视为交流恒功率负载.这些负载在大扰动情况下类似正反馈,会增强扰动信号,降低系统稳定性,严重时甚至导致整个微电网系统无法正常工作.另一方面,储能单元是系统的惯性环节,合理控制可增强系统稳定性.为了保障并网运行的交直流混合微电网系统大信号稳定性,文中应用混合势函数方法提出储能单元互联变流器稳定控制策略,补偿交流恒功率负载的动态性能.首先,根据abc-dq坐标变换,分别得到交直流混合微电网系统在储能单元充放电状态的简化模型;接着,分别建立系统的混合势函数模型;最后应用第3稳定性定理,分别推导得到储能单元不同工作模式下的大信号稳定性判据.判据给出了滤波参数、交流恒功率负载功率、储能单元充放电功率、储能单元AC/DC变流器电流内环比例环节系数、电压外环比例环节系数的稳定限制条件.实验结果验证了所提大信号稳定性判据的正确性.     

基于附加电量的直流微电网动态稳定控制策略

直流微电网的低惯性问题以及遭受扰动后分布式电源与负荷短时保持功率恒定引入的负阻尼,均会削弱直流电压的动态稳定性.对此深入探讨了直流微电网的动态稳定机理,从电量的角度赋予系统稳定判据物理意义.首先基于直流微电网的伏安特性,分析系统运行点的移动轨迹与稳定运行约束条件.其次,基于直流微电网的状态方程,推导系统的电量模型,分析各端换流器具备的暂态电量对系统稳定运行的影响机理,并结合稳定运行条件,提出基于附加电量的直流微电网的动态稳定裕度及判据.然后,基于直流微电网的动态稳定裕度,通过改进储能侧换流器的电压下垂控制,提出基于附加电量的直流微电网电压动态稳定控制策略,并分析其对直流电压暂态过程的影响.最后,搭建多端直流微电网仿真系统,验证所提电压动态稳定判据的正确性,以及附加电量对直流微电网动态稳定的支持能力.     

带恒功率负载的交直流混合微电网系统大信号稳定性分析

在交直流混合微电网系统中,绝大部分负载都是通过电力电子变换器与微网母线连接,闭环控制的电力电子变换装置可视为恒功率负载,具有负阻抗特性,在扰动情况下,会影响系统稳定性,甚至导致整个系统无法正常工作.该文考虑恒功率负载动态性能,在储能单元充、放电模式下应用混合势函数理论对并网交直流混合微电网系统进行大信号稳定性分析.首先,将整个系统等效为dq旋转坐标系下的直流系统.接着分别建立储能单元充、放电的混合势函数模型,进行稳定性分析,得出系统大信号稳定性判据.所得到的大信号稳定性判据给出了直流侧稳压电容、交流侧滤波电感、互联变流器电流内环控制参数kip、电压外环控制参数kvp与系统能带恒功率负载功率最大值的关系.对比可知,当储能单元由充电变为放电时,交直流混合微电网系统能带恒功率负载的功率最大值显著增加.最后,应用Matlab软件搭建交直流混合微电网系统仿真模型,仿真结果表明,所提判据能够保证交直流混合微电网系统大扰动下的稳定性.     

改进SOC下垂控制的分布式储能系统负荷电流分配方法

随着分布式发电及直流微电网的快速发展,分布式储能得到学者们的广泛关注。文中针对分布式储能系统中储能单元荷电状态(state-of-charge,SOC)的随机性以及变化缓慢的特点,在储能单元充电和放电过程中采用改进的SOC幂指数下垂控制策略。SOC的幂函数可提高SOC分辨率,SOC指数函数下垂曲线平滑且没有间断点,改进的SOC幂指数下垂控制有利于寻找最优下垂曲线使系统快速收敛到均衡状态。由于下垂控制对系统的稳定性有影响,为此文中给出了用于分析系统稳定性的特征方程和系统控制结构图,由劳斯稳定判据结合直流母线电压跌落范围验证了系统的稳定性。通过由2台储能单元组成的实验平台,验证了所提下垂控制策略的可行性,负荷能够按容量快速分配,且能够快速收敛到均衡状态。     

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略

直流微电网中,当双有源全桥(DAB)变换器及直流固态变压器(DCSST)带恒功率负载运行时,恒功率负载负阻抗特性会对系统的稳定性造成不良影响。文中提出了一种基于非线性扰动观测器及反步控制的新型复合带恒功率负载直流变换器控制策略,推导得出DAB变换器和DCSST数学模型的布鲁诺夫斯基标准型,采用基于非线性扰动观测器的大信号非线性扰动估计方法作为前馈补偿提高输出电压调节的准确性,结合反步控制方法保证DAB变换器和DCSST在大信号扰动下的稳定性。实验结果表明,所提出的控制方法既能在大信号扰动下保证DAB变换器和DCSST的稳定性,又能在不同工况下保证快速动态响应和准确的电压跟踪。     

直流微电网中不同网络结构的负荷功率分配精度研究

微电网运行过程中,负荷功率的合理分配取决于不同接口变换器的并网容量。为了确保多台变换器均工作在较为理想的工况下,针对直流微电网系统的放射状结构和网状结构,提出了一种基于下垂控制的改进功率分配方法。该方法以下垂控制为基础,针对控制目标变换器引入了相邻的2台接口变换器的直流母线电压平均值补偿分量和输出功率补偿分量,利用低带宽通信网络,实现直流母线电压的提升以及在线路电阻取值不同的情况下不同变换器之间负荷功率的合理分配。对上述控制方法在不同网络结构、线路电阻取值等情况下的适用性进行了详细的分析。同时,利用MATLAB/Simulink搭建了带有4台变换器的直流微电网仿真模型,验证了所提出控制方法的有效性。     

蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。     

带恒功率负荷的直流微电网母线电压稳定控制策略

呈现负阻尼特性的恒功率负荷与分布式电源接入变换器级联容易导致系统出现振荡,给直流微电网稳定运行带来隐患。通过建立带恒功率负荷变换器在平衡点的小信号模型,推导变换器占空比与母线电压的传递函数,并从理论上分析传统PI控制器不能提高系统稳定性的原因,进而提出一种提高直流微电网母线电压稳定性的新型控制策略。通过绘制闭环系统的根轨迹图,分析控制器各参数的变化对系统稳定性的影响。以两源两负荷的直流微电网为例,建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明孤岛和并网运行下采用所提控制策略均可以保证直流微电网稳定运行。     

基于T-S模糊逻辑的混合储能孤岛直流微电网功率分配控制

在含混合储能的直流微电网中,传统阻容下垂控制无法解决由线路电阻和负荷功率波动导致的系统功率分配失衡问题。为此,提出一种基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊逻辑的自适应阻容下垂控制方法以实现混合储能的分频分配。根据蓄电池和超级电容的物理特性,建立单个蓄电池支路输出电压、蓄电池组间输出功率差额和阻性下垂系数之间的T-S模糊逻辑关系,以及单个超级电容支路输出功率及其变化率、超级电容组间功率差额和容性下垂系数之间的T-S模糊逻辑关系,并由此构建基于T-S模糊逻辑的阻容下垂控制器。推导含混合储能的直流微电网中各部分的平均阻抗模型,并采用阻抗比分析法对微电网的小信号稳定性进行研究。MATLAB/Simulink仿真结果表明,基于T-S模糊逻辑的阻容下垂控制可保证在线路电阻和负荷功率波动情况下系统功率的合理分配。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略

提出一种基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略。由于新能源具有波动性并为了提高储能系统的供电可靠性，选择配置一定控制系统的多组储能来控制母线电压稳定。为了避免储能单元过充和过放并降低对通讯的依赖程度，根据储能单元荷电状态（SOC）及最大功率、直流母线电压设计自适应下垂控制自动调节不同储能单元之间的负荷功率分配。此外，设计前馈补偿控制器对下垂控制功率环参考电压进行动态校正以控制母线电压稳定。同时，该控制策略依据直流母线电压自动切换不同变流器工作状态，确保各工况下均有变流器控制直流电压稳定及系统源荷功率平衡。最后，利用Matlab/Simulink搭建仿真模型，结果表明所提出的直流微电网电压稳定控制策略可控制直流微电网稳定运行，各储能单元之间负荷功率可自适应动态分配，并减小了母线电压波动。     

微源并网逆变器下垂控制策略的改进研究

针对下垂系数大难以保证微电网稳定性,下垂系数取值小则反应速度慢的不足,提出了一种基于类似磁滞曲线的非线性下垂特性的逆变器下垂控制策略,通过实时改变下垂系数,提高负荷功率分配精度,有效抑制电微网频率和电压的大幅度波动,改善系统稳定性;并通过在功率控制环节中增加前馈环节进一步提高微电网稳定性.建立了简化的逆变器接口的微网小扰动分析数学模型,仅考虑功率环等慢动态过程.各微源接口先在各自本地坐标轴上建模,然后通过网络方程将各微源接口和负荷变换到统一旋转坐标轴,最后将方程线性化得到微电网小扰动分析模型,分析了下垂系数和前馈环节对微电网小扰动稳定性的影响.采用PSCAD/EMTDC搭建了基于此控制策略的微电网仿真模型,仿真结果验证了此控制策略的有效性.     

直流微电网潮流控制器与分布式储能协同控制策略

针对直流微电网互联变换器提出一种能根据两端直流母线电压判断自身传输功率方向与大小的智能控制策略。该策略首先将两个直流微电网之间的互联变换器作为微电网潮流控制器(MicrogridPowerFlowController,MPFC)来控制互联线路上的潮流。然后提出一种微网自适应功率下垂控制方法使MPCF与分布式储能协同控制直流母线电压。最后使用Matlab/Simulink仿真验证该控制方法能够有效提高系统的稳定性和效率,并且能够减小因不需要的功率流动所带来的功率损耗及储能的充放电次数。     

多储能直流微电网荷电状态均衡控制策略

针对独立运行的多储能直流微电网,为了实现储能单元间荷电状态(state of charge,SOC)均衡以及负荷功率动态分配,提出一种关联SOC幂指数的改进下垂控制策略。首先从理论上对负荷功率动态分配原理进行了分析,推导出影响储能单元SOC变化率的模型,在此基础上,设计新的下垂控制器。同时为了解决均衡后期因储能单元间SOC差别较小而导致均衡速度越来越慢的问题,引入加速因子对虚拟阻抗权重系数进行在线优化。此外,通过引入二次控制环节来补偿由下垂控制导致的母线电压偏移问题。最后利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对所提控制策略进行了仿真验证。     

基于P/δ下垂控制的低压微电网频率控制策略

负荷突变情况下,含储能电源孤岛状态下的微电网为了满足快速功率分配,一般采用高下垂增益系数,针对高下垂增益系数影响微电网频率和电压稳定的问题,提出了一种改进的P／δ控制,引入了有功微分增益和无功积分增益系数,减轻了因负荷扰动导致的电压和频率瞬时突变,减小了对微电网造成的冲击,。为了实现二次调压和二次调频设计了二次调节器,提高了微电网孤岛情况下受到负荷扰动时的暂态稳定性,搭建了仿真模型和硬件实验平台验证所提控制策略的有效性。     

双向DC/DC变换器阻抗特性及稳定性研究

将直流微电网中储能接口变换器双向DC/DC的输出阻抗作为研究对象,建立了连续导电模式(CCM)下双向DC/DC变换器的小信号模型,推导了双向DC/DC变换器电压下垂控制工作方式下的闭环输出阻抗,并分析了下垂系数对闭环输出阻抗的影响。最后依据阻抗比判据,研究了线路中不同的负载侧阻抗对储能单元稳定性的影响,总结出规律性结论。仿真和实验结果验证了上述理论分析的正确性。     

一种改进下垂控制的直流微电网多储能运行方法

基于低速通讯网络，提出一种改进功率下垂控制的直流微电网多储能运行方法，实现了荷电状态（state of charge,SOC）均衡，各储能单元间功率的合理分配以及稳定母线电压等三方面的平衡控制。首先，考虑到直流微网中随着各部分系统状态的不同其运行也有所差异，根据储能单元以及负荷的状态，将系统的运行方式分为三种工作模式；其次，为了使得各储能单元的SOC达到均衡分配的目的，引入一种根据储能单元SOC的大小来修改下垂系数的改进功率下垂控制方法；通过增加电压偏移量，有效地减小了直流母线偏差。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并在RTDS搭建实验平台，仿真及实验结果证明了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于自适应调节的直流微电网储能系统设计

直流微电网系统中的分布式能源具有间歇性和不稳定性,其中普遍接入了储能设备,起到平衡光伏和负载功率,稳定直流母线电压等作用。传统的解决方案多用下垂控制调节系统功率平衡,但会引起一定的电压降,不但影响系统调节范围,而且多储能设备并联时会引起环流等损耗。设计自适应调节下垂系数的双向DC/DC变换器,通过直流母线电压信号,在欠功率时提供功率,功率溢出时吸收功率,并维持电压恒定。实现直流微电网运行中对储能系统分布式优化控制。通过实验完成了上述控制目标,验证了控制策略的有效性。