基于直流电压动态修正的柔性多状态开关自适应下垂控制

为了满足配电网的多种互联需求,柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)已衍生出多种互联应用的技术形态,多端FMSS与双端FMSS相比更具经济性和可靠性,已成为研究热点。传统下垂控制通过改变直流侧电压实现不平衡功率的消纳,但直流侧电压的偏离会影响系统安全可靠运行。针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端FMSS系统,提出了一种改进型下垂控制策略,根据换流器消纳的有功功率实时动态改变直流电压的参考值和下垂增益,实现了直流电压的无偏差运行,既能避免换流站过载,又能解决不平衡功率消纳引起的电压偏离问题,提高了系统的稳定性。另外,由于MMC自身结构特性和PI参数整定困难,将传统的电流内环改为模型预测控制,并采用典型的二阶Runge-Kutta法对状态方程进行离散化,提高了控制精度。最后基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了四端FMSS系统模型,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

兼顾提升功率分配精度与抑制电压偏差的自适应下垂控制

直流微电网孤岛运行时,为实现下垂参数跟随直流微电网各光伏单元出口线路阻抗和本地负载分布情况自调整,提出一种基于麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的自适应下垂控制策略。将下垂参数、变换器输出电压参考值以函数变量的形式构成优化目标函数,利用麻雀搜索算法寻找目标函数的极小值,实时找到同时使系统运行过程中的功率偏差、母线电压偏差最小化的解。即利用麻雀搜索算法将下垂参数和电压参考值调节问题转化为函数极值寻优问题,实现了下垂系数可依据光伏出口线路阻抗、本地负载变化及光照强度变化自调整的目标。同时通过动态调节变换器输出电压参考值,减小母线电压偏差,解决了功率分配精度与母线电压偏差的固有矛盾。利用PSCAD/EMTDC建立系统仿真模型,仿真结果证明所提控制策略正确、有效。

基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

工矿机车牵引双供电系统及其下垂控制策略

为了应对工矿机车距离和载重日益增长的发展趋势,同时满足工矿机车牵引对突变负荷的运行稳定性提升的要求,提出一种双供电系统及其下垂控制方法的工矿机车牵引供电方案。针对工矿牵引具有负荷突变、往返载荷差异大等工矿行业的特殊性,对比分析了站间精确均流和非精确均流策略对工矿机车牵引的适用性,根据分析结果提出了工矿机车双供电系统方式及其站间协同下垂控制策略,在此基础上引入电流前馈控制策略。搭建了仿真模型和包含牵引变电站的工矿机车低压试验牵引物理动模平台,试验结果表明所该策略在负荷突变工况下的机车电压稳定性显著优于与常规下垂控制方法。该研究为工矿机车牵引向大容量、远距离、高可靠性未来发展提供了有力的技术支撑。

船舶多源微电网逆变器的下垂控制技术分析与参数设计

船舶多源微电网中逆变器性能对电网运行具有至关重要的作用。下垂控制技术通过调整其输出频率或电压来分配功率,本文对多源微电网中的下垂控制技术进行分析和研究,介绍下垂控制基本原理,阐述船舶多源微电网的基本结构,传统下垂系数调整一般为线性调整,存在超调和响应慢的问题,提出一种基于粒子群优化算法的自适应下垂系数调整方法,并进行仿真分析,结果表明自适应下垂系数调整方法能够实现有功功率的准确分配,并具有较高的实时性。

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。

基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究

当前,光伏、海上风电等新能源场站的直流汇流应用得到越来越多的关注,在新能源发电低压输入中高压汇流输出的场合,为了提升直流输电电压并进一步减小器件应力,多采用输入并联输出串联(IPOS)结构。虽然这种模块化串并联结构有着许多优势,但由于模块间器件参数误差,导致各模块存在电压电流不均衡的问题,影响整个功率变换系统的稳定运行。为此提出了面向直流汇流应用的IPOS多模块谐振变换器的改进下垂控制均衡方法,各模块间无需加入通信就实现各模块的输出电压和功率的完全均衡,改进了传统下垂控制电压与参考值不符的问题,并进一步提升了系统的动态响应性能。基于该控制方式,搭建了三路模块化IPOS谐振变换器原理样机,通过实验验证了所提改进下垂控制方法对IPOS系统的均衡效果。

基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略

当前微电网并联逆变器下垂控制机制一般设定为独立式,控制的范围较难扩展,导致控制补偿差增加。为此,提出对基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略的设计与实践。先进行下垂控制特性提取,采用交互的方式,扩大控制的范围,设计交互控制机制。在此基础上,构建虚拟阻抗自适应微电网并联逆变器下垂控制模型,采用补偿核验的方式确保下垂控制效果。针对选定的5个测试逆变器,经过2个周期的测定得出的控制补偿差被较好地控制在1.05以下,说明此次在虚拟阻抗自适应原理的辅助下,所设计的微电网并联逆变器下垂控制方法更为高效,具有实际的应用价值。

基于自适应下垂控制的光储直流微网控制策略研究

针对下垂控制会导致母线电压出现跌落现象这一问题,提出基于蓄电池荷电状态(SOC)的n次幂的自适应下垂控制(ADC)策略,设计充放电时的下垂系数,在下垂系数中引入蓄电池S^(n)及基于母线电压的下垂系数调整律,并加入超级电容功率补偿。在系统的协调运行控制策略上,以母线电压U_(dc)和蓄电池SOC值作为控制元,设计上层协调控制模块。与传统自适应下垂控制相比,所提控制策略可升高跌落的母线电压,且当外界环境因素变化或负载变化时,蓄电池-超级电容混合储能系统能更好地维持母线电压的稳定,提高系统的抗干扰能力;且系统可在各工作模式之间平滑切换,维持母线电压的稳定。最后,在基于TMS320F28335的光储直流微网实验台上验证该控制策略的有效性。

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。

考虑概率分布的分布式光伏无功下垂控制策略

分布式光伏接入配电网逐渐成为趋势,然而大规模分布式光伏并网将引起严重的潮流逆向,导致电压越限和网损增加。针对分布式光伏接入配电网产生的电压越限问题,提出一种考虑概率分布的分布式光伏无功下垂控制策略,首先,考虑光伏出力的概率分布对光伏电站不同光伏单元当前有功功率的影响,评估计算每个光伏逆变器的可用无功容量;然后,根据各光伏单元当前可用无功容量大小对无功下垂系数进行调整,在不牺牲有功功率的情况下最大限度地利用光伏电站的无功支撑能力;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件,验证了所提控制策略的有效性。

基于改进阻性下垂控制的分布式储能系统SOC均衡策略

低压微电网运行时,由于各分布式储能单元初始状态不一致和输出线路阻抗差异,采用传统阻性下垂控制易出现荷电状态(state of charge,SOC)不平衡问题,由此提出一种基于改进阻性下垂控制的储能系统SOC均衡策略。该策略首先引入动态虚拟复阻抗,消除各逆变器输出线路阻抗差异,实现阻性下垂控制功率解耦和有功功率精确均分。然后改进传统阻性下垂控制方程,通过各分布式储能单元的SOC变化自适应调整下垂系数,确保低压微电网各储能单元在充放电过程的SOC平衡,并对下垂控制过程中的电压与频率偏差进行补偿,进一步提升系统稳定性。最后,通过搭建仿真模型验证了所提策略的有效性。

构网型下垂控制中虚拟阻抗的作用、改进及研究前景分析

随着新型电力系统建设进程的加速,新能源等电力电子化电源在系统中渗透率不断提高,电网强度随之减弱,系统安全性受到挑战。部分变流器亟需采用构网型控制,而下垂控制就是一种经典的构网型控制策略;作为对下垂控制策略的有效改进手段,虚拟阻抗技术受到广泛关注。在国内外研究人员共同推动下,虚拟阻抗技术目前已取得较为丰富的理论研究及实践成果,具有广阔的应用前景。围绕虚拟阻抗在构网型下垂控制中的主要定位及作用机理进行了分析,对虚拟阻抗的典型改进方法和发展现状进行了梳理总结,并结合目前的研究进展及趋势,对虚拟阻抗技术的研究前景、未来可能面临和需要解决的关键问题进行了分析、探讨和研判。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

孤岛微电网电流同步U-I下垂控制方法

采用电压-电流(U-I)下垂控制的孤岛微电网系统始终运行于工频频率,避免了传统下垂控制存在的频率偏差及频率越限问题,但电源间易产生环流,功率分配精度差。为此,提出电流同步U-I下垂控制方法,该方法由电流同步控制及U-I幅值下垂控制两部分构成。前者通过调节输出电压相角使各电源输出电流相角一致,以抑制电源间环流;后者依据输出电流的幅值调节输出电压的幅值,使各电源出力依据自身容量分配。在此基础上,建立双端系统的小信号模型,分析电流同步控制环路中控制参数对系统稳定性的影响,为参数设计提供依据。仿真及实验结果表明,相比U-I下垂控制,所提方法的系统环流减小50%以上,电压畸变率改善近10%,电源间功率分配精度及系统电能质量均得到明显提升。

基于系统最大频率偏差的DFIG自适应下垂控制策略

针对现有双馈异步风力发电机组(DFIG)调频策略无法兼顾发挥调频潜力与保障自身调频运行安全稳定的问题,提出一种基于系统最大频率偏差的DFIG自适应下垂控制策略。首先,搭建DFIG的风能捕获模型,明确最大功率跟踪运行机理;然后,引入模糊控制对现有下垂控制中的控制增益进行改进,使DFIG在保障自身运行稳定的情况下实时调整调频增发功率,以改善系统频率跌落;最后,在Matlab/Simulink中搭建电力仿真系统模型,验证所提策略的有效性。算例分析表明,所提策略在不同工况下均可充分发挥DFIG自身调频潜力,减少系统最大频率偏差。

双U/f下垂控制下双极MMC-HVDC系统交流阻抗建模及稳定性分析

基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high voltage direct current,MMC-HVDC)常采用双极接线方式以提高系统功率输送能力和可靠性。然而目前对于风电场经柔直外送系统的稳定性研究集中于单极接线方式,孤岛直驱风电场与采用不同双极协调控制的双极MMC-HVDC互联系统小信号稳定性问题还有待进一步探究。该文首先考虑频率耦合特性、参考系初相位和直流侧耦合特性的影响,分别建立了采用双U/f下垂控制和定U/f-P/Q控制的双极MMC-HVDC系统交流侧等效SISO阻抗模型,并详细分析了金属回线阻抗和双极间功率均分度对交流阻抗特性的影响。接着对比研究了两种协调控制中共有控制环路和特有控制环路对交流侧负电阻特性及互联系统稳定性的影响规律。最后,孤岛直驱风电场经两种双极协调控制下双极MMC-HVDC外送系统Matlab/Simulink时域仿真结果和硬件在环半实物实时仿真实验结果验证了所提出的小信号阻抗模型的精确性和稳定性分析结论的有效性。

基于下垂控制的微电网DG选址和功率分配方法研究

在基于下垂控制的微电网运行中,分布式发电机(distributed generators,DG)之间的无功功率共享是一个关键问题。造成无功功率共享不平等的原因包括馈电阻抗差异、负载差异以及DG在尺寸和位置上的不均匀分布。因此,提出一个适用于微电网的混合整数线性规划(mixed-integer linearprogramming,MILP)问题,旨在实现微电网之间的比例无功功率共享。首先,研究了DG的最佳尺寸和放置位置,对涉及的各种非线性项进行了线性化的详细讨论;之后,针对给定的负荷曲线,在这些DG上生成一天的提前调度;然后,为了更准确地建模负载,采用了实际的恒定阻抗-电流-功率(ZIP)负荷模型;最后,用所提方法在一个经过修改的33总线网络上进行测试,实验结果验证了所提出的规划和调度方法的准确性。