基于最优经济运行区域的主动配电网日前日内协同调度方法

传统的日前-日内协同调度通常以与日前时序计划曲线偏差最小作为日内目标函数,当日内新能源出力预测值与日前相差较大时,储能装置(energy storage systems,ESS)等由于其时间耦合约束日内调整范围有限,导致经济性和灵活性较差。对此,提出了基于最优经济运行区域(optimal economic operation region,OEOR)的主动配电网(active distribution networks,ADN)日前-日内协同调度方法。在日前阶段,构建线性化ADN调度模型,基于拉丁超立方采样法生成的大量随机场景下调控设备优化曲线,以全时间段内设备出力上下界内所包含的随机场景优化结果数量最大为目标,考虑储能装置荷电状态的相邻时段约束和微型燃气轮机的爬/滑坡率,构建OEOR生成模型。最后,在日内阶段,调控设备在OEOR内滚动优化调整,当该时段优化值贴近OEOR边界时,考虑相邻时段出力约束,将OEOR扩展为最优经济极限运行区域(E-OEOR)。算例结果表明,所提方法相比于传统方法能够更有效地提升配电网经济性。

功率耦合和电流限幅影响下构网型变流器的暂态同步稳定分析

在有限过流能力的构网型变流器中,有功和无功环之间的功率耦合以及电压电流环之间的电流限幅,会极大地影响变流器与电网的同步过程。因此,该文致力于研究大扰动故障下功率耦合和电流限幅对变流器暂态同步稳定性的影响。首先,考虑上述环节建立构网型变流器并网系统的降阶模型;然后,构建包含构网型控制主要状态变量(功角、频率和输出电压)的能量函数,并在此基础上通过拉塞尔理论估计变流器的吸引域及其对应的暂态稳定裕度。分析表明,功率耦合和电流限幅分别通过影响等效势能和阻尼分布削弱变流器的暂态同步稳定性。由此,该文提出一种基于虚拟阻抗和功率解耦的构网型控制优化策略,以抑制功率耦合和电流限幅引入的负面影响。最后,仿真和实验结果验证上述理论分析的正确性。

面向同步稳定性的电力电子并网变流器分析与控制研究综述

电力电子并网变流器是新能源并网的关键接口装备,系统的稳定运行受电力电子多时间尺度控制影响。控制主导下的电力电子并网变流器运行非线性强、耐受能力弱,给电力电子化电力系统同步稳定性带来挑战。该文首先对多时间尺度控制下的电力电子并网变流器同步稳定性研究进行梳理,分别综述同步控制时间尺度、多时间尺度交互、多机多时间尺度交互下并网系统的建模与稳定分析技术;然后,从同步性能的全局设计到分散实现视角,提出考虑资源和网络约束的新能源并网系统同步机制构建思路;最后,对电力电子化电力系统同步技术现状和发展进行了总结与展望。

考虑闭式潮流优化分布的主动配电网供电恢复方法

主动配电网具有灵活的调节能力和快速可靠的运行能力,但柔性多状态开关(SOP)、分布式电源等多种设备的存在,使供电恢复模型复杂,需要研究故障后供电恢复快速决策方法。提出了一种考虑闭式潮流优化分布的主动配电网负荷恢复方案快速决策方法。模拟故障切除后配电网所有联络开关闭式运行状态,基于二阶锥规划求解最优潮流,退出电压低、传输功率小的线路,形成利于供电恢复的配电网含SOP良性网络拓扑。建立基于负荷的功率因数与分级负荷权重的负荷恢复模型,制定负荷供电恢复方案,保证失电负荷严格按优先级获得最大的恢复水平。通过IEEE33、IEEE69节点配电系统进行算例分析,结果表明所提方法能兼顾计算的准确性和快速性。

高压直流输电系统可靠性分析方法综述

高压直流输电系统因具有输送容量大、能耗低且能实现电力系统非同步互联等优势而得到广泛应用,其可靠性分析可为系统提供重要的运维及决策依据。因此,围绕现阶段国内外高压直流输电系统可靠性分析方法进行了归纳总结。首先阐述了传统直流输电、柔性直流输电系统的组成差异,并对输电系统常用的可靠性指标作了相应归纳。其次,从统计法、手册法、状态空间法及其他方法等层面出发,分别对高压直流输电系统可靠性建模的基本原理及研究现状进行了分析,对各类方法的优缺点进行了对比,并探讨了柔性直流输电系统在可靠性分析方面存在的新挑战。最后,针对当前研究中存在的不足,对高压直流输电系统可靠性分析方法进行讨论与展望。

模块化三相光伏逆变器及其分布式自适应升压控制策略

针对现阶段级联H桥二倍频电压纹波和功率失配所带来的一系列问题,提出一种基于四端口LLC的模块化三相光伏逆变器拓扑结构,可从根本上解决相间功率失配的问题,同时该拓扑能够抑制系统直流母线电压上的二倍频电压纹波。总结分析相内功率失配问题形成的本质原因,并提出一种分布式自适应升压控制策略,以提高系统应对相内功率失配的能力,扩展系统的稳定运行范围。分布式控制架构可减少各模块间的信息交互、降低控制系统的复杂性。仿真和实验验证了所提拓扑结构及控制策略的有效性。

采用氮化铝材料的水冷变压器的热管理方法

干式高频变压器结构紧凑且损耗较高,而低导热系数的灌封材料使得热量易在变压器内部累积,从而导致温升成为限制大功率变压器容量与功率密度提升的重要因素。该文以环形水冷变压器为研究对象,建立了考虑中心圆柱热阻的变压器集总参数热路模型,并通过有限元仿真验证了所建模型的准确性。基于所建热路模型,解释了变压器温度降幅随着水流量的提高趋于稳定的现象。为了进一步增强散热效果,该文提出了一种基于高导热绝缘材料氮化铝的新型散热结构。该结构在热源与水冷板之间建立起低热阻通道,增强了变压器与水冷板之间的传热,变压器的容量和功率密度可进一步提高。最后,通过有限元仿真与25 kHz/160 kV·A高频变压器样机实验验证了所提散热结构的有效性。

考虑非线性阻尼效应的孤岛微电网暂态稳定性分析及提升策略研究

随着可再生能源发电及并网技术的快速发展,以电力电子变流设备为主导的微电网受到了越来越多的关注。由于电力电子变流器的低惯量和强非线性特征,孤岛微电网在大扰动下易发生暂态失稳。考虑微电网中构网逆变器与跟网逆变器的交互作用,提出1种基于等面积法则的暂态稳定性判据和暂态稳定提升控制策略。首先,建立了孤岛微电网的简化二阶动态模型,包含依赖于功角的非线性阻尼项。然后,从能量角度分析了非线性阻尼对加减速面积的影响规律。考虑非线性阻尼的分布特性,推导出正阻尼区域内的暂态稳定性判据。根据稳定边界条件,提出1种基于电压前馈的暂态稳定性提升控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink仿真对所提稳定性判据和改进控制策略的有效性进行了验证。结果表明,所提微电网暂态稳定性判据和改进控制策略可为电力电子变流器的参数优化设计和提高微电网稳定运行能力提供理论依据。

一种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略

级联H桥被认为是最适合光伏发电场景的拓扑之一。针对传统三相级联H桥光伏逆变器电容体积大、寿命短、相间功率失配及控制通信系统复杂的问题,基于磁通抵消原理提出1种新型模块化三相光伏逆变器及其分布式控制策略。首先,介绍了模块化拓扑的基本结构;然后,对磁通抵消功率解耦的基本原理及二倍频电压纹波的影响因素进行了详细分析,提出1种分布式控制策略以实现二倍频电压纹波的抑制并保证三相输出功率平衡;最后,通过仿真与实验验证了分析的正确性与控制策略的可行性。

基于模型预测控制的全功率变速抽水蓄能与SVG功率协调控制

全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)通过背靠背变流器接入电网,具有功率快速可调、有功无功独立解耦的优点,在近年来得到了广泛关注。由于新能源场站具有波动性,通常配置静止无功发生器(SVG)来维持系统电压稳定。针对SVG易出现容量不足的状况,研究FSC-VSPSU与SVG功率协调控制。分析了FSC-VSPSU与SVG无功调节特性,提出了基于模型预测控制的功率协调控制策略。采用模型预测控制协调响应时间不同的FSC-VSPSU与SVG,通过电压灵敏度计算无功和电压的关系,建立以并网点电压、FSC-VSPSU电压偏差最小以及SVG无功储备最大为目标的模型预测控制(MPC)问题数学模型,求解得到FSC-VSPSU与SVG功率参考值。通过仿真验证了所提模型预测控制的可行性以及其相较于下垂控制的优越性。

多逆变器并网系统谐振特性分析

基于闭环传递函数法建立了LCL并网逆变器诺顿等效模型,利用所建立的模型分析了并联逆变器数量、组成和系统控制参数对系统谐振特性的影响。分析结果表明:和传统单逆变器系统相比,多逆变器并网系统存在多个谐振频率,谐振频率个数和系统中的逆变器种类相关,较低的谐振频率随着逆变器数量的增加而减小,随着并网阻抗的增大而减小;谐振频率随着电容电流内环参数的增大而减小,随着并网电流外环控制参数KP的增大而增大,基本不受并网电流外环控制参数KI的影响。仿真分析结果证明了理论分析的正确性。

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。

多个并网逆变器间的交互影响分析

多个并网逆变器之间的交互影响给电网的稳定运行和电能质量带来负面影响。基于状态空间平均法建立了多并网逆变器传递函数模型,基于所建立的模型和相对增益矩阵原理,提出了一种多个并网逆变器电流控制回路之间交互影响的分析方法,使其能够定量地分析多并网逆变器电流控制回路之间的交互影响和系统频率、控制参数以及电网强度之间的关系。时域仿真和基于相对增益矩阵(relative gain array,RGA)原理分析方法的一致性,验证了该分析方法的有效性。

基于双阶段并行隐马尔科夫模型的电力系统暂态稳定评估

基于人工智能机器学习的暂态稳定评估越来越成为研究热点,提出一种基于双阶段并行隐马尔科夫模型(two-stage parallel hidden Markov model,TS-PHMM)的电力系统暂态稳定评估精细化模式识别方法。第1阶段采用相对灵敏度对原始电气特征量进行筛选,找出对电网动态变化敏感度高的特征子集;第2阶段采用主成分分析对特征子集进行排序,得到能够反映电网动态响应特性且线性无关的最优特征子集;最后,通过并行隐马尔科夫模型训练对暂态稳定进行模式识别。在CEPRI 8机36节点以及实际区域电网环境上的仿真分析,验证了该方法的有效性和精确性。在辨识准确率相当的情况下,该方法比常用人工智能类方法(如ANN,SVM等)所需训练样本更少、收敛更快。

三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究

在满足相同的高频滤波效果的情况下,LCL滤波器所需的总电感值比L滤波器小,因此更适于在大功率、开关频率较低的电流源控制型并网设备上应用。然而针对该类型滤波器的参数设计不仅关系到开关频率处纹波抑制效果,同时也会影响并网电流控制器的性能。本文首先建立LCL滤波器在并网模式下的谐波模型,其次研究滤波器各参数变化与纹波抑制和谐振频率之间的变化关系,在此基础上提出在尽量节约总的电感磁心材料的前提下,设计出滤波效果最优的LCL滤波器的参数值,同时还需要保证LCL滤波器的谐振频率不能太小,以免成为制约电流控制器设计时的因素。最后通过三相并网逆变器的实验装置给出LCL滤波器设计方案的实验效果。

基于极点配置与重复控制相结合的三相光伏发电系统的并网策略

为了满足国际电工委员会标准IEC61727—2004以及国家标准GB19939—2005中对光伏系统并网谐波电流畸变的规定,采用了LCL滤波器作为光伏逆变器与电网之间的接口电路,并提出了采用状态反馈极点配置与重复控制相结合的并网控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性以及控制策略的可行性。

一种复合式重复控制在并联型有源电力滤波器设计中的应用

传统重复控制可以实现多谐波信号的精确跟踪,在有源电力滤波系统中应用广泛,然而难以满足工业现场非线性负荷快速动态响应要求。此外随着高频谐波抑制效果明显的LCL滤波器在并联型有源滤波器中应用,基于重复控制的谐波电流跟踪控制器的参数设计需要进一步研究。因此本文给出一种复合式重复控制下采用LCL型滤波的并联型有源电力滤波器的控制器参数设计方法,并详细地分析了该复合式重复控制器动态和稳态性能,最后通过仿真和实验表明该复合式重复控制器设计方法的有效性和实用性。

含STATCOM的孤岛微电网低频稳定性分析

微电网中大量变流器之间的交互作用给系统稳定性带来了巨大的影响,孤岛运行时,这种影响表现更加突出。以某海水淡化用孤岛微电网为研究对象,考虑系统中蓄电池逆变器(power convert system,PCS)和静止同步补偿装置(static synchronous compensator,STATCOM)控制环和锁相环的动态特性,在旋转坐标系下,建立其输出阻抗模型,分析PCS和STATCOM的阻抗特性,建立微电网阻抗网络。提出基于阻抗分析微电网低频稳定性的方法,基于奈奎斯特稳定判据分析STATCOM的直流电压环、电流环和锁相环对孤岛微电网母线电压低频稳定性的影响。仿真和实验结果验证了所提出微电网变流器交互影响稳定性分析方法的有效性和分析结果的准确性。

链式D-STATCOM的无源性控制

配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段,然而链式结构D-STATCOM每一相都由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以同时实现无功电流与直流电压稳定均衡的控制。经过等效电路变换,建立单个H桥逆变单元的控制电路模型;基于无源性控制理论,设计无源性控制率,确保了对指令电流的渐进跟踪;通过给定指令电流,实现了链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现了直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、±5 Mvar工程实际应用表明,此控制算法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有很强的工程实用价值,为链式D-STATCOM的研究、发展和产业化提供了基本保障和良好的平台。

基于LCL滤波器的并网逆变器双环控制设计

在介绍LCL滤波器的三相并网逆变器电流双环控制策略的基础上,研究基于高阶极点配置的电流双环控制器设计方法,并重点分析高阶闭环控制系统设计过程中的降阶与少自由度问题,同时提出零极点对消与变量设定方法相结合的双环控制设计方案。该方案在开关频率、阻尼比以及LCL滤波器等系统参数已知的情况下,能够精确计算出内外环PI控制器参数,并结合劳思—赫尔维茨稳定判据验证双环控制系统的稳定性。在实验验证环节中,采用该方案设计的双环控制器参数能够使三相电流源控制的并网逆变器安全、可靠运行且具有较快的动态响应速度。