考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法研究

针对光伏出力的间歇性与不稳定性,使得单纯依赖蓄电池进行能量平抑和调节,难以满足微电网持续稳定运行的需求,提出考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法。考虑氢能在光伏直流微电网中的应用,对光伏电池、蓄电池以及电解槽—储氢罐—燃料电池建模分析。根据建模分析结果,设计功率平抑控制策略与混合储能充放电管理策略。将最大化年净利润与光伏自消纳率作为优化目标,建立储能容量配置优化模型,获得储能容量最优配置结果。实验结果表明,应用所提方法后,光伏直流微电网的功率偏移率实现了显著的降低,调峰能力得到了有效优化,并且调度后微电网的自平衡率大幅提升,表明该方法具有良好的容量配置效果。

基于改进等效电路模型的直流微电网大信号稳定性分析

对高阶非线性直流微电网进行简化建模是大信号稳定性分析的有效方法。传统简化模型主要关注LC滤波器和线路阻抗等参数,难以分析换流器控制参数的影响,所建立的判据存在难以准确反映直流微电网稳定域的问题。因此,该文提出直流电压下垂控制换流器的具备完整状态变量集的改进等效电路模型,相比于传统简化模型,能更准确地刻画系统低频响应特性。基于混合势理论推导了直流微电网大信号稳定判据及其稳定域,并结合LaSalle不变集定理得到能量指标,以反映系统稳定性变化趋势。建立的稳定判据可指导控制参数优化,且能拓展到多端直流微电网的大信号稳定性分析。在多场景下仿真验证了所提改进等效电路模型和大信号稳定判据的有效性。

光储直流微电网多运行工况稳定性分析

直流微电网的结构越来越复杂,运行工况也越来越多,而现有稳定性分析方法主要针对单一工况。因此研究适用于多工况运行系统的通用稳定性分析方法非常必要。首先,依据不同的运行工况建立光储直流微电网各单元的阻抗模型,利用稳态分析法结合劳斯判据推导得出系统稳定时负载功率及母线电容的边界条件;其次,通过重新定义系统环路增益表达式,得到更具通用性的基于母线电压控制变换器(BVCC)和母线电流控制变换器(BCCC)的稳定性判据,并利用该判据对系统多种运行工况进行稳定性分析,借助所得边界条件对稳定裕度较低的工况计算合适的系统参数,保证系统能够处于稳定运行状态;最后,搭建系统的仿真模型,通过对3种典型工况仿真分析,验证边界条件及稳定性分析结论的准确性。

基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。

海岛直流微电网多可控负荷的协同电压控制

为挖掘直流微电网多负荷调压能力,提出一种可实现多种可控负荷参与母线电压调节的控制策略。研究海水制氢和海水淡化2种可控负荷特性,基于协同控制理论分别设计电解槽和高压泵负荷控制器的宏变量;推导电解槽和高压泵主动参与母线电压响应的协同控制规律,将电解槽功率、高压泵转速与母线电压相联系,使得可控负荷在系统扰动时能够对母线电压波动进行响应,配合超级电容实现母线电压控制;建立所提策略的直流微电网小信号模型,以分析系统稳定性。以独立直流微电网为例进行仿真,结果表明,采用所提策略可使可控负荷快速响应母线电压变化,有助于改善系统动态特性,减少系统扰动后的母线电压波动,提高微电网稳定性。

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。

含时滞的不确定性交直流微电网直流母线电压H_∞控制

针对含通信网络延时的不确定性交直流微电网的直流母线电压稳定问题,提出了一种将状态空间法和阻抗分析法相融合的方法,构建具有时滞的范数有界不确定交直流微电网模型。基于系统鲁棒二次稳定的求解,获得了满足H_∞控制性能的时滞无关型状态反馈控制器的条件。然后应用S-procedure定理,提出一种降低时滞依赖型Lyapunov方法的泛函构造难度且无须再次求导的方法,引用Wirtinger积分不等式和自由矩阵的积分不等式,得到时滞依赖型的H_∞控制器。仿真分析验证了所提控制方法能在一定的通信延时约束下抑制不确定参数对直流母线电压的影响。

基于电压跌落安全需求的直流微电网多端协同支撑技术

量化直流电压稳定判据,在多端换流器协同下完成暂态电压支撑是直流微电网稳定运行的关键。根据直流微电网运行特性,分析功率波动、直流故障下系统运行点变化轨迹,获得系统具备暂态恢复能力下的直流电压跌落安全区间。基于直流微电网须遵循的等电量原则,根据电压跌落安全区间,计算系统允许放电电量,从而得到直流微电网量化稳定判据。在此基础上,利用交流主网、蓄电池、风机侧换流器的控制潜力,提出直流微电网的多端协同支撑技术,通过释放附加电量满足直流微电网在不同扰动下差异化的电压跌落安全需求,提升系统的暂态稳定裕度。搭建5端直流微电网仿真系统,验证所提控制策略对于直流电压的暂态支撑效果。

直流微电网储能荷电状态协调控制

储能系统采用串并联结构(串联的储能单元为一组,多组并联)可以实现将小容量、低电压等级的储能单元接入直流微电网中,并且可以实现系统扩容和提高端电压。为避免串并联结构的储能单元因荷电状态(state of charge,SOC)和额定容量差别导致个别储能单元提前退运的短板效应,提出一种考虑储能SOC和额定容量的控制方法,实现串联模块间的电压和并联模块间的功率合理分配。考虑到功率分配后期因储能单元间SOC差别较小导致均衡速度较慢的问题,引入变异系数对下垂系数进行动态优化。考虑到升压或扩容导致各组总容量不同,引入容量权重因子,使储能单元达到均衡出力。通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型,验证了策略的可行性。

直流微电网风储惯量协调控制策略

针对永磁直驱风机的惯量支撑能力随运行点变化的问题,考虑储能系统惯量的快速灵活支撑能力,提出了一种基于类虚拟同步发电机控制的直流微电网风储惯量协调控制策略。通过电压环控制回路参数的协调解决了当前风储类虚拟同步发电机控制在动态响应初始阶段存在的直流母线电压突变问题,省去了以往的前馈补偿修正环节。引入了2个分别与风电机组的惯量支撑能力和储能系统荷电状态相关的储能惯量支撑系数,实现了全工况下的风储惯量协调控制。针对惯量协调控制中风电机组完成惯量支撑后转子转速恢复过程所导致的电压二次跌落问题,设计了储能辅助转子转速恢复控制,平抑了直流母线电压二次的波动。在MATLAB/Simulink中进行时域仿真,验证了所提风储惯量协调控制策略的有效性。

基于改进粒子群优化权函数的直流微电网H_(∞)控制策略

直流微电网中常常含有恒功率负载(constant power loads,CPLs),其负阻抗特性会降低系统的稳定性,造成直流母线电压波动甚至崩溃。因此,首先建立了直流微电网的小信号模型,使用根轨迹法分析了恒功率负载对系统稳定性的影响;其次提出一种基于混合灵敏度优化的电压控制策略,提升了直流微电网系统的稳定性,并采用改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法对权函数进行了优化,进一步提升了鲁棒控制器的性能;最后采用Matlab/Simulink仿真算例进行验证,仿真结果表明提出的鲁棒控制器减小了母线电压的波动,有效提升了直流微电网系统的稳定性。

基于虚拟直流发电机的直流微电网惯性提高控制研究

针对直流微网低惯性特点,本文提出了在孤岛模式下应用虚拟直流发电机的控制策略。该策略将虚拟直流发电机应用在了风机的后级升压变换器中,构成了基于虚拟直流发电机的双级控制策略。结合虚拟直流发电机的动态调节过程和直流微网的小信号模型,利用阻抗比判据,判断了转动惯量对系统稳定性的影响。并采用粒子群算法获得了当前条件下的最优转动惯量。通过不同工况下的仿真结果,证明了本策略不仅可以稳定直流母线电压,还可以提高蓄电池的寿命,实现了直流微电网的稳定运行。

混合能源直流微电网能源优化管控策略研究

混合能源直流微电网在快速跟踪负载方面具有较大优势,弥补了固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)直流微电网功率跟踪缓慢的问题。现有能源管控策略重点关注能源分配,对系统效率、运行安全性和燃料亏空方面缺乏相关研究和成熟策略。为此,提出了一种混合能源直流微型电网能源优化管控策略。首先,搭建了混合SOFC直流微电网模型。其次,采用最优操作点(optimal operating points,OOPs)实现最大效率,然后采用平均电流控制模式保证稳定的电力供应。最后,设计了基于SOFC电流的时滞控制算法来避免燃料亏空。实验结果表明,所提出的能源优化管控策略具有时间响应迅速、输出效率高和热特性良好等优势。

并网型直流微电网的非线性降阶建模及其估计吸引域的优化计算

面对“双高”电力系统的高维度、高随机性和强非线性,现有的建模和稳定性分析方法受限于维度、难以求解且准确度低。针对此问题,该文提出一个面向“双高”电力系统,包含非线性降阶建模和估计吸引域优化计算的稳定性分析框架。首先,考虑分布式光伏和恒功率负载的地理环境因素,应用Pioncáre规范理论,将并网型直流微电网的二次状态偏差模型依次进行分块降维、解耦和降阶变换,建立一阶二次微分方程形式的非线性降阶模型。然后,基于李雅普诺夫稳定判据,结合构造含辅助变量的最优化模型思想,并利用克罗内克积性质,提出估计吸引域的优化计算方法,构建优化的估计吸引域(optimalestimatedregionofattraction,OEROA)。最后,以分布式光伏云层遮蔽和恒功率负载扰动下的微电网系统作为算例,与基于LaSalle定理的李雅普诺夫法、Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型法对比,验证所提方法构建的估计吸引域具有更低的保守性,以及所提分析框架的有效性。

基于线路电阻观测值的直流微电网改进下垂控制策略研究

负载功率精确均分和母线电压稳定是直流微电网的主要控制目标,但传统下垂控制会引起电流分配精度低和母线电压偏差大。针对此问题,提出一种基于线路电阻观测值的改进下垂控制策略。线路电阻不匹配是导致各变换器输出电流不均分的主要原因。首先使用递推最小二乘法对线路电阻进行估计,利用估计得到的线路电阻值调整下垂系数。再进一步考虑到每个变换器的额定功率各不相同,根据变换器的额定功率调整下垂系数,实现各变换器输出电流按其额定功率比例分配。最后在Matlab/Simulink平台搭建孤岛直流微电网模型,对3种不同下垂系数进行仿真,并在恒定负载、变负载、变换器退出运行3种工况下,验证了所提下垂控制在功率均分和稳压方面的有效性和可行性。

基于机器学习的带被动阻尼直流微电网系统的稳定性检测

直流微电网中恒功率负荷(CPL)具有负阻尼特性,该特性会降低系统稳定性。为此,通过在滤波器上添加被动阻尼来增强直流微电网系统的稳定性,并提出一种基于机器学习的方法来检测带被动阻尼直流微电网系统的稳定性。首先,建立带被动阻尼直流微电网系统的小信号模型,以此来确定影响系统稳定性的参数。其次,以所选系统参数为变量建立仿真场景,以此来获取用于机器学习算法训练的数据集。再次,提出一种基于轻量型梯度提升机(LGBM)的直流微电网稳定性检测模型,并采用沙普利加解释法(SHAP)分析所选参数对LGBM预测结果和直流微电网系统稳定性的影响。最后,通过仿真和硬件在环实验验证所提方法的有效性和优越性。

基于直流母线电压信号的小型独立直流微电网自主平滑模式切换控制策略

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的无通信协同工作,提高了系统的可靠性。针对多模式切换过程中的抖振和死锁问题,所提出的控制策略利用具有反馈抑制机制的PI控制器实现了在饱和与激活之间无缝切换。同时,为了进一步提升光伏能量的利用率,所提出的控制策略充分考虑了ESS的荷电状态(SOC),并使光伏电源能够直接参与直流母线电压的调节。此外,还对模式切换时间与控制器参数的设计进行了详细的分析建模,以优化模式切换性能。最后,建立了一个小型独立直流微电网实验系统,以验证所提出的直流微电网控制方法的可行性。

基于虚拟惯性参数可行域的直流微电网高频振荡抑制

针对不合理虚拟惯性控制参数引发的直流微电网高频振荡失稳问题,提出了低通滤波器等效建模方法,建立了直流微电网的降阶模型及其电压闭环传递函数。从保证直流微电网小扰动稳定性角度出发,定义了以下垂系数和低通滤波控制带宽为参数空间的虚拟惯性参数可行域概念。基于电压闭环传递函数得到的零极点,提出了虚拟惯性参数可行域求解方法,该可行域为直流微电网的虚拟惯性控制参数设计提供了切实可行的指导依据。最后,利用PLECS软件搭建了基于开关模型的直流微电网仿真算例,多组仿真结果均验证了降阶模型和虚拟惯性控制参数可行域的有效性。

基于自适应特性的直流微电网双因子下垂控制策略研究

分布式电源DG(distributed generator)出口线路参数不一致及其出力随机扰动引起了直流微电网负荷功率分配精度下降与网侧电压波动。针对上述问题,计及DG运行暂稳态工况,提出1种基于自适应特性的双因子下垂控制策略。首先,稳态运行时考虑线路阻抗的影响并引入电压调节系数,建立双因子下垂系数稳态分量,在阻抗值未知的情况下即可实现负荷功率的精确分配,同时抬升网侧电压,减小与额定电压的差值;其次,暂态过程中考虑DG出力随机扰动的影响并引入分布一致性迭代算法,建立双因子下垂系数自由分量,可在维持DG均衡出力的情况下快速抑制功率扰动与网侧电压波动,提高系统的稳定性;最后,在PSCAD中搭建直流微电网模型,仿真结果证明了所提策略的有效性。

直流微电网并离网协调控制策略

传统直流微电网协调控制策略在下垂控制中忽略了电源的功率输出边界动态变化对系统的影响,模式切换控制结构复杂且存在非平滑切换的问题。针对此问题,以光储氢直流微电网为研究对象,提出了一种并离网相统一的协调控制策略。首先,提出了一种动态自适应下垂控制策略,通过向基于最小二乘法原理的数据拟合器输入训练数据,拟合输出动态电流边界,实现了自适应调整动态下垂系数及电源运行状态,并简化了传统模式切换过程和控制结构。其次,结合实际工程,提出一种预同步和外环切换控制相结合的改进并离网切换控制策略,有效降低并离网切换过程中的冲击振荡。最后,将自适应下垂控制和改进并离网平滑切换控制融入所提协调控制策略中,进行多源多工况的多种模式切换的仿真。通过仿真验证了所提协调控制策略的有效性。