可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

一种风电场经VSC-HVDC并网的VSG变参数负荷频率控制策略

风电的大规模并网导致系统等效惯量下降、不确定性增加,给电力系统的负荷频率控制(loadfrequency control,LFC)带来新的挑战。考虑到柔性直流输电系统(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)具有的潜在调频能力,对此展开研究,针对风电场经VSC-HVDC并网的情形提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)变参数负荷频率控制策略。首先,在风电场经VSC-HVDC并网的LFC模型及拓扑结构分析基础上,为了提高VSC-HVDC的可控性,对换流器的控制环节进行了VSG控制方法的设计;然后,对VSG控制参数与频率变化的关联性进行分析,并基于分数阶梯度下降法(fractional-order gradient descent method,FOGDM),利用频率的分数阶导数提取频率深层变化特征,以优化VSG控制参数;在此基础上,考虑到系统的不确定性,设计触发机制对VSG变参数优化模式进行调整,以降低VSG参数的变换频次,提高系统频率控制的针对性。仿真结果表明:所提控制方法能有效改善电网负荷频率控制效果,具有良好的适应性。

附加频率控制下并网换流器的动态惯量及其量化评估

新能源大规模并网显著降低了交流系统惯量,并网换流器参与频率控制成为提升频率稳定性的重要手段。基于传递函数模型推导了附加频率控制下并网换流器的动态惯量,发现其受惯量设计参数和其他控制环节的共同影响,呈现时变特性,但是将其简化为与同步发电机旋转惯量类似的常数会导致分析误差。为此,面向定直流电压控制和定功率控制这两类主流的并网换流器控制方式,提出了附加频率控制下并网换流器动态惯量的量化评估方法,分析了控制参数、运行工况和系统特性等不同因素对惯量的影响机制,得到了有功控制外环会显著改变原有设计惯量的结论,需重点关注其控制参数导致的惯量偏差。最后,基于在Simulink中搭建的时域仿真模型,验证了所提传递函数模型及惯量量化评估方法的正确性和有效性。

区域一致趋同的分布式负荷频率控制方法研究

随着可再生能源发电比例的上升,电力系统呈现源荷双重不确定性,对频率稳定产生不利影响。提出一种结合多智能体一致算法与动态面控制的分布式负荷频率控制方法,以增强电力系统的频率调节性能。首先,给出频率控制模型结构,并设计系统框架与分散式区域观测器;其次,考虑通信时滞的影响,设计出各区域控制器结构;最后,基于互联电力系统算例验证了方法的有效性与优越性。与传统控制方法相比,该控制方法改善了电力系统负荷频率控制性能,提高了区域间频率调节的一致性。

计及DoS攻击和通信时滞的电力系统负荷频率控制

针对电力系统通信网络中存在的时滞和DoS攻击现象,本文提出了基于采样特性的电力系统离散负荷频率控制方案。首先,计及电力系统负荷波动的情况,在多区域电力系统负荷频率控制系统(LFC)模型的基础上,将通信网络中DoS攻击的危害量化为采样信号连续丢失数,并分别考虑通信网络中通信时滞和输出信号采样特性,建立包含输出状态反馈控制器的电力系统LFC模型。其次,基于此模型,利用含有控制命令更新周期、DoS攻击导致的最大采样信号连续丢失数、通信时滞、H_(∞)稳定指标的双边闭环Lyapunov泛函、LMI技术,提出LFC系统满足一定H_(∞)指标的稳定准则,并给出离散状态输出反馈LFC控制器的设计及求解方法。最后,本文以单区域和双区域LFC系统为例进行了仿真验证。结果表明:与已有文献方法相比,本文方法在保持系统H_(∞)渐近稳定前提下,能够容忍更大的通信时滞,且结果的保守性更低;同时可以看出本文所设计的控制器在保证H_(∞)稳定性能的基础上,对一定能量限制的DoS攻击具有弹性的防御性能。因此本文方案的有效性和优越性得到了验证。

基于变论域云PI的含风电负荷频率控制方法

随着风电渗透率不断提高,其不确定性严重影响了电力系统频率稳定。基于此问题,建立了含风电的互联电力系统负荷频率控制模型,其中风机通过附加下垂与虚拟惯性控制参与频率调节。在此基础上,为解决风电接入系统引起的频率波动问题,提出变论域云PI负荷频率控制策略,对云模型输入和输出论域动态调整。为避免增加控制器的复杂程度,基于函数形式设计论域的伸缩因子。最后,仿真结果表明,所设计的控制器能进一步提高云PI控制器的自适应能力,更好地处理风电不确定性对系统频率的影响。

通信延迟下的分布式孤岛微电网有限时间二次频率控制

针对孤岛微电网中存在通信延迟的频率恢复问题,研究了孤岛式微电网的分布式二次频率控制,提出了一种最优分布式控制策略。该策略的显著特征在于考虑了所设计的控制器中存在通信延迟的情况,通过在最优分布式控制中加入延迟补偿项,进一步降低了对通信网络的依赖。与传统控制方法相比,所提策略在有限时间内消除了频率偏差并实现了有功功率分配,系统的可靠性得到了进一步提高。最后在MATLAB/Simulink环境下构建了由4个分布式电源(distributed generator,DG)单元组成的孤岛微电网测试系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。

面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。

考虑电感饱和的逆变器变开关频率控制仿真

不当操作会导致电感饱和状态下逆变器功率损耗严重,为了提升频率控制的稳定性,提出考虑电感饱和的逆变器变开关频率控制方法。根据逆变器的构成获取相关参数的矢量关系,利用基尔霍夫电压定律生成电感饱和状态的逆变器数学模型,通过旋转构建逆变器在dp坐标系下的数学模型,用于预测推导逆变器的电压值。设计开关控制的三大核心成分,分别为功率鉴定器、频率鉴定器和频率滞环比较器,利用电压定向矢量控制方法分别从三个核心成分中得出逆变器的损耗、功率控制结果以及频率状态量误差,完成逆变器变开关频率控制。实验结果表明,所提方法的电压控制效果较好,频率控制稳定性较高。

基于MVO算法与改进目标函数的电力系统负荷频率控制

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题,提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先,分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次,在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差,对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路,寻优获得最优PID控制器参数。最后,以两区域4机组互联电力LFC系统为例,仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器,比基于MVO算法所获得的PID控制器,对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化,具有相对较好的鲁棒性能。并且,对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

基于双层网络频率控制的分布式风电并网研究

为研究含通信控制层的双层电网中分布式风电入网位置的选择,电网层采用二阶类Kuramoto模型进行建模,通信控制层收集发电机及其邻居节点信息形成控制信号并调整发电机的频率。根据负荷到原电网发电机节点的平均距离定义了3种并网方式,研究比较了含功率波动的分布式风电并网时最佳的入网位置。研究表明,加入双层网络频率控制可有效提高电网的同步性能和抗扰能力;分布式风电选择离原电网发电机节点平均距离小的负荷并网可提高电网稳定性。

基于双人零和博弈的孤岛微电网有界L2增益负荷频率控制

针对含不确定建模误差和新能源接入的孤岛微电网,提出了一种结合有界L2增益基线控制和扰动补偿的综合负荷频率控制(LFC)方法。首先,推导了微电网的全驱模型,将建模误差和新能源的影响总结成一个综合扰动。为提高系统的鲁棒性,该综合扰动被定义成控制信号的对手玩家。进一步,关于扰动抑制的有界L2增益问题被等价成求解综合扰动和控制信号的零和博弈Nash均衡,由此推导出有界L2增益基线控制器。为改善频率的二次控制,设计了基于五阶广义积分观测器的扰动补偿控制,并在此基础上引入了一种针对发电速率约束(GRC)的新型抗发电速率约束(anti-GRC)措施。最后,搭建了16 MW的新能源-柴油混合微电网仿真模型,并在多种工况下对所提出的综合LFC方法进行测试,验证了其有效性。

融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统

空气源热泵机组在融霜工况下,由于外部环境温度低,机组内部的水箱和管路可能会结霜,导致传热效率下降、能耗增加,使得频率控制不精准。为此,设计融霜工况影响下空气源热泵机组频率控制系统。设计PLC频率控制结构、频率控制中央处理器与PID控制阀门,联合控制热源侧水泵变频。计算机组结霜量,获取换热器的有效集热量。基于分段调节思想,利用计算机调整侧水泵出水量和调节参数,计算融霜启动调频速度。由实验结果可知,所设计系统在不同融霜工况下控制效果与实际最为接近,控制结果误差最大仅为0.1 Hz,能够实现精准控制频率。

基于预期动态方程的含高比例可再生能源孤岛运行微电网负荷频率控制

针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控制效果的影响,总结了简单、实用的参数整定流程,并在微电网负荷频率控制系统中应用.在不同工况下与多种控制器进行仿真对比,结果表明:所提控制策略能够在保证鲁棒性的前提下取得最佳控制效果,展现出很高的工程应用价值.

基于频率控制的封闭腔体微波无线输能技术

随着航空航天技术的快速发展,封闭腔体内的无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术开始受到广泛关注.基于频率控制的WPT技术,可实现对电大封闭腔体(103×λ3)内的多方位传感器进行可控和高效的无线充电.电大腔体内的电场分布对频率的变化敏感,利用频率变化实现对封闭腔体场分布控制.实验结果表明,在S波段的1 m3腔体最高WPT传输效率为96.6%.设计的宽带整流电路实测整流效率最高为80%,整流效率高于50%的带宽为1.65 GHz.在2.401~2.495 GHz频段实现控制双接收机的不同工作状态,展现其在航空航天器等封闭空间中为传感器无线供电的应用前景.

基于模型预测控制的孤立电网频率控制方法

利用RTDS仿真平台对某孤立电网在不同运行方式下的安全稳定控制策略进行研究,研究发现基于常规PID控制的系统易产生过量调节,难以获得快速稳定效果。因此提出一种基于模型预测控制的孤立电网频率控制方法,仿真结果表明该频率控制方法更加有效,尤其是在孤立电网发生极端紧急情况下稳控策略进行功率或负荷快速切除后仍存在较大不平衡功率时,该频率控制方法能够快速稳定孤立电网的频率。

基于分布式模型预测的高比例风电系统多源协同负荷频率控制策略

随着风电逐步替代传统电源,系统频率调整能力恶化,风电主动参与互联系统负荷频率控制(load frequency control,LFC)是改善系统频率特性的新途径。针对该背景,基于分布式模型预测控制,综合考虑互联系统内传统机组、风电机组和储能电站等调频资源及其响应特性,提出一种适应于高风电渗透率的互联系统多源协同LFC策略。首先,分析不同风速对风电机组调频特性的影响,提出一种计及风速变化的风电机组多风速段功率响应模型;其次,构建传统机组、风电机组和储能电站协同参与互联系统LFC模型,兼顾各机组频率响应约束,以互联系统区域控制偏差信号和自动发电成本的加权函数为目标,构建区域信息互动的分布式模型预测控制器;最后,为实现互联系统负荷频率全局最优控制,各控制器结合己区域及其他区域机组运行状态,在线求解所有机组的功率参考值。仿真结果表明:所提策略有效降低了系统频率和联络线功率波动的幅度,实现了各机组之间的最优功率分配,并降低了系统自动发电成本。

考虑负荷动态变化的孤岛微电网二次频率控制

传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)二次调频策略未考虑负荷动态变化时频率偏差持续变化引发的积分器不断累加,易导致VSG调频效果不佳甚至引发频率振荡问题。针对此问题,提出了一种基于负荷扰动模态辨识和VSG自适应调整的孤岛微电网二次频率控制策略。首先,分析了传统VSG二次调频策略在负荷动态变化场景中存在的问题。然后,利用负荷功率特征数据实时辨识负荷扰动模态;当判定负荷扰动属动态变化模态后,以一二次调频阈值与有功变化阈值为边界,根据系统频率偏移量自适应调整VSG参数与虚拟调速器结构,实施微电网频率的跟踪调节。之后,通过建立小信号模型分析了积分器引入及VSG参数自适应调整情况下的系统稳定性。最后,仿真测试结果验证了所提频率控制策略的可行性。在相同条件下,相比于几种已有策略,所提策略将微电网二次频率波动范围限制在0.0173 Hz以内,在减小频率偏移量方面更具优势。

基于多步自校正Q学习的孤岛微电网负荷频率控制策略

在以绿色交通和间歇性清洁能源为主的未来城网中,其波动性对城网的安全性和供电可靠性提出了越来越高的要求.针对传统控制策略无法解决微电网中新能源规模化接入带来的频率不稳定,控制性能标准差的问题,提出了多步自校正Q学习算法.该算法中的自校正估计器能够准确估计系统的状态,有效提高机组控制精度.此外,资格迹机制可以实现多步备份,提高算法收敛速度,使得控制器能够满足指令信号与机组响应的时延性,减小时延所带来的调频影响.仿真部分,本文构建了包含储能系统、风力发电以及电动汽车的两区域负荷频率控制模型,并分别引入正弦波、阶跃和随机阶跃扰动来模拟电力系统中的负荷变化扰动.仿真结果表明与其他算法相比,所提算法在控制性能指标方面表现出更优的效果.

基于可学习模型预测控制的含风电多微网频率控制方法

负荷波动、分布式电源出力的强随机性以及多微电网更为复杂的结构设计给微电网负荷频率稳定控制带来了巨大挑战。因此,提出了基于可学习模型预测控制的含变速恒频双馈风机多微电网负荷频率控制(LFC)方法。首先,搭建了包含风力发电机组、储能、微型燃气轮机及负荷的互联多微电网负荷频率控制模型。其次,提出了一种可学习的模型预测控制算法,其能够基于深度强化学习对模型预测控制器实现参数自适应。最后,通过仿真验证了所体控制方法具备在线学习及经验回放能力,在不同的复杂运行工况下均能实现频率的稳定控制。