电压分层控制的直流微电网及储能扩容单元功率协调控制研究

储能单元的配合可有效抑制直流微电网中分布式电源运行的随机性和波动性,但当前通过直流母线电压信号进行分层控制时,仍存在储能单元不协调及孤岛系统容量不足的问题。针对这一情况,提出一种通过电压分层控制实现直流微电网及储能扩容单元功率协调控制的方法,探讨了直流微电网构成及运行机制,对电压分层控制下的功率协调控制加以分析,并提出基于SOC分级的直流微电网协调控制策略。

风电直流微网的电压分层协调控制

对于以新能源发电为主的微网系统,直流微网以其显著优势成为微网技术新的研究方向。该文以风电直流微网为例,在分析直流微网的构成以及各种运行模式的基础上,提出电压分层协调控制策略。该控制策略通过检测直流电压的变化量来协调各电力电子变流器的工作方式,从而确保在不同工况下都能保持微网内的有功功率平衡。各变流器独立工作,无需相互通信,可简化控制系统结构,并使直流微网具备"即插即用"功能。通过对含永磁风电机组、储能蓄电池的直流微网的仿真分析,验证所提控制策略对直流微网的有效控制。在风速或负荷变化、电网故障、蓄电池达到容量限定值等各种工作状态下,各端变流器都能根据直流电压变化量做出快速响应,从而提高了系统的稳定性和供电质量。

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。

基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略

由于直流微电网中的分布式发电具有随机性和波动性等特点,储能单元的配合可较好地解决这一问题。但是,现有基于直流母线电压信号的分层控制未充分考虑多储能单元的协调以及孤岛系统容量不足的情况。因此,该文提出一种基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略。为实现电压分层下多储能单元的分散协调控制,该文首先揭示已有微电网系统不同运行模式所对应的负载功率边界。然后,提出基于多储能单元荷电状态(SOC)的改进模糊控制和下垂控制,以实现多储能单元充放电功率自适应分配。针对孤岛系统容量不足的情况,在储能扩容单元容量计算的基础上,提出一种基于过/欠电压控制器的储能扩容单元功率协调控制策略,并分析其对已有系统功率边界的影响,以保证直流微电网安全可靠运行。最后,通过仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于母线电压分层的直流微网系统协调控制

在直流微网系统中,各分布式单元通常以分散的方式接入直流母线,而分布式电源和负荷易受到外界环境影响,从而影响直流微网母线电压稳定性。因此设计一种基于母线电压分层的直流微网系统协调控制策略,构建以光伏发电为主的直流微网系统结构,将母线电压划分为5个层级,针对不同层级对应的运行模式,研究分布式单元运行方式及其控制策略,最后通过仿真实验验证了所提控制策略在因环境因素变化导致光伏发电波动和负荷波动的情况下对抑制系统母线电压波动的有效性。

考虑分布式光伏和储能参与的配电网电压分层控制方法

提出一种考虑分布式光伏无功和储能有功参与的配电网电压分层控制方法。首先,分析了由分布式光伏与负荷时空不匹配引起的高/低电压问题,依据配电网拓扑以及线路参数计算得到配电网节点电压与注入功率的无功-电压、有功-电压近似灵敏度矩阵。其次,在第一层控制中,提出了分布式光伏参与配电网调压的无功-电压下垂系数优化控制方法,通过求解电压优化模型得到分布式光伏逆变器的最优下垂系数,从而计算出其无功输出。当光伏逆变器的无功容量不足时,提出了第二层控制,即储能参与调压的有功-电压自适应下垂控制策略,储能逆变器的下垂控制系数根据储能荷电状态(state of charge,SOC)与所在节点电压自适应调整,既考虑了储能的容量,又实现了储能功率和SOC的相对均衡控制。最后,以一实际10节点配电网系统作为算例验证了所提方法的有效性。

面向耦合系统的交替方向滚动时域电压分层协同优化控制

我国北方地区普遍存在由风、光等新能源场站与传统同步机组构成并经外送通道功率送出的耦合系统,其新能源单元并网点、场站并网点及耦合系统功率外送并网点均需满足各自的电压安全标准,给电压安全控制带来了严峻挑战。面向耦合系统电压调控问题,该文结合耦合系统单元-场站-系统的物理层级特征,确定了系统层-场站层的电压分层协同控制结构,在各层级内兼顾运行网损优化和电压控制要求,协调各类无功控制资源,建立综合模型预测控制(MPC)和交替方向乘子法(ADMM)的网损优化与电压校正双模式自适应切换的滚动时域控制策略,实现耦合系统的分布式协同电压控制。在修改后的IEEE-14节点耦合系统和大连某区域耦合系统进行仿真,结果表明了该控制策略的有效性和适用性。

基于MAS的多判据分层电压紧急控制系统

针对单一类型判据判断和单层监测电压稳定性的局限性,提出了基于多智能体系统(MAS)的区域电网多判据分层电压紧急控制系统。给出了系统结构、各层Agent电压紧急态势判据原理、多判据综合决策方法和流程,以及电压紧急情况下各层Agent的协同控制机制。分层的结构有利于各层Agent发挥独立自治的作用,又可以通过各层Agent之间的协作,发挥系统的整体效应。多判据综合判断电压态势的紧急程度,有助于准确观察电压态势,以便及时采取针对性的措施,确保系统的稳定运行。以IEEE30节点系统为基础的仿真算例表明,所提方法能够较好地满足电压态势紧急情况下的监测与控制,具有较高的实时性、自适应性和准确性,适合于在线监测和控制电压紧急态势。

基于CPS-SVPWM调制的链式STATCOM直流侧电压控制策略

在高压场合(10 kV或35 kV),可以采用H桥级联的链式星形STATCOM进行无功补偿。采用传统SPWM调制时,其直流电压利用率不高,需要多个H桥级联,成本较高、可靠性较低。空间矢量调制技术(SVPWM)有提高电压利用率的优点,可以有效的减少H桥的个数,但当电平数较多时,其计算过于复杂。因此文中介绍了一种应用于星形连接链式STATCOM的简化SVPWM算法,将两电平空间矢量调制技术与载波移相调制技术相结合,能够有效提高直流电压利用率并且降低计算的复杂性;在此基础上,文中提出一种直流电压分层控制策略,以实现各H桥直流侧电压的稳定与均衡。在仿真软件PSCAD中搭建模型进行仿真,验证了该调制算法及直流电压控制策略的正确性及可行性。

东北电网混杂自动电压控制的研究

针对中国东北500 kV电网的实际运行和调度情况,将混杂控制系统引入电力系统的电压控制,提出了东北电网混杂自动电压控制(HAVC)方案,建立了混杂分层电压控制模型,采用离散事件作为驱动主体,并可以实现复合指标调控。该控制方案可以提高东北电网的电压控制水平,增强电网抗扰动能力,改善电压稳定性,合理分配无功,减少网络损耗;并且由于系统控制目标分配至各控制层,通过离散事件来驱动控制,可降低优化问题的求解难度,提高运算效率,并能有效地利用现有技术条件,因此可实现性较好。计算机仿真研究证明了所提出和设计的控制系统、策略和方法的有效性。

电网不平衡时级联H桥SVG直流侧电压控制策略研究

为解决电网不平衡时星型连接的级联H桥SVG的直流侧电压控制策略问题,在分析了级联H桥SVG的功率模型以及直流侧电压不平衡问题产生的原因及影响的基础上,提出采用三层电压控制结构对直流侧进行稳压均压控制。其中,全局稳压采用正负序解耦控制实现电网不平衡时总的有功、无功及负序电压控制;相间均压采用零序电压注入法;模块间均压采用电压增补量法。仿真结果表明,在电网不平衡时,电压分层控制策略能使级联H桥SVG的直流侧电压保持稳定和均衡,使得装置不仅可以快速地补偿无功,而且具有一定的抵抗不平衡能力。

基于DBS技术的直流微电网分层协调控制策略

新能源和新负荷在现代电力系统中的渗透率日益提高,直流微电网在整合新能源和新负荷方面具有诸多优势,是未来智能配用电系统的重要组成部分。直流微电网系统内不存在无功控制与频率稳定等问题,母线电压是衡量系统供需功率是否平衡的首要指标。依据母线电压信号将系统运行划分为四个层级,在不同层级下母线电压由不同的电源维持稳定。母线电压在第一层至第三层时,电压波动范围较小由分布式电源维持母线电压稳定;电压在第四层级时,系统供需功率严重不平衡由交流电网维持母线电压稳定。依据各个分布式电源的发电特性,采用不同的控制技术实现分布式电源的合理出力。最后,建立直流微电网的MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明所提出的策略具有有效性和可行性。

含可再生分布式电源参与调控的配电网无功电压优化控制研究综述

高比例可再生分布式电源(RDG)分散接入配电网,其出力随机性叠加负荷波动性,对优化控制和运行态势预测分析带来极大困难,使得充分挖掘多类型无功设备调节潜力,从“源-网-荷-储”多维度拓宽无功优化控制“可行域”成为必要。结合风电、光伏发电等RDG参与配电网无功优化和电压调控研究现状,归纳整理了相关建模方法,主要包括:多时间尺度和分层分区优化控制、有功无功协调优化、网络重构与无功调控协调优化等;简要分析了配电网无功优化数学方法,包括随机变量处理方法和无功优化求解方法等。最后,结合未来“源-网-荷-储”结构变化、能源互联网发展趋势和电力市场化改革现状,对配电网无功优化调控研究方向给予展望,以期为相关研究工作提供帮助。

基于模型预测控制方法的风电直流微网集散控制

设计了一个基于模型预测控制器的风电直流微网集散控制系统。为满足系统经济运行及高质量电能的要求,采用模型预测控制器作为其集散控制体系架构中的主控制单元,以产生本地控制器参考信号。为规避该分层控制结构中通信故障对系统稳定性的影响,本地控制器采用双冗余参考信号,正常运行时,接受模型预测主控制器的参考信号,一旦通信失败,本地控制器迅速切换至电压分层控制策略产生的参考信号。如此,既能够保证正常运行时系统高效运行及对电能质量的要求,又能在故障时保证系统不失稳。基于Matlab仿真平台对所提风电直流微网集散控制系统的有效性进行了仿真分析。仿真结果表明,所提风电直流微网集散控制系统在采用模型预测主控制器时,能够满足系统设计目标,实现联网或孤岛状态下对系统功率灵活、高效地调节;在系统通信故障时,通过控制器切换,能够保障系统稳定、安全运行。

多端交直流混合配电网的集中-分散控制策略

针对交直流混合配电网中系统优化调度与本地分散控制的协调问题,提出了一种集中-分散式控制架构,在集中控制层,以系统网损最低以及新能源最大水平消纳为优化目标,通过优化调度算法计算出系统中各可控单元的最优功率参考值,为本地分散控制层提供初始运行指令;在分散控制层,将直流母线电压分为正常状态、风险状态、越限状态,在正常状态和风险状态,各从换流站通过基于优化调度指令的下垂控制实现系统的平稳运行,在直流电压越限时,蓄电池作为后备单元进行充放电控制,实现直流电压的二次恢复。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明:正常运行时,该控制策略在各种工况下均能对系统功率进行灵活、高效的调节,主换流站退出运行时,通过蓄电池单元的充放电实现系统电压的二次恢复,提高了配电网的可靠性。

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。

Finite element formulation of active constraining layer damping plate using laminate theory

A new finite element modeling method has been developed using laminate theory in a virtual work principle for active constraining layer damping plate. The frequency dependent modulus of viscoelastic material is described by introducing a few dissipation coordinates, known as GHM (Golla-Hughes-McTavish) method, a standard linear system with constant coefficient. The effectiveness of this method is validated by experimental model. Compared with conventional methods, this method can reduce a number of degrees of freedom and improve accuracy, provides a good model for analogous configurations.