基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法

混合储能具有良好的功率可控特性,在孤岛微网中常被用作功率缓冲器,补偿分布式电源和负荷多变的功率潮流.围绕储能的功率响应问题,本文设计了混合储能的功率控制方案,并提出了一种基于多目标协调的子单元功率自适应分配方法.首先基于对母线功率供求平衡关系的分析,设计了主从并联型储能功率控制方案.其次利用积分器的“时空调零”特性,实现了子单元的功率自主分配;基于此,考虑了不同荷电状态(SOC)下储能最大充放电功率的差异,设计了子单元的SOC分层管理和多目标功率协调策略.仿真结果表明,所提策略实现的功率分配效果满足子单元的功率响应特性;随着超级电容SOCscn偏移加深,所提策略对SOCscn的优化能力越强,初始SOCscn为97%时能提高10.10%的优化性能,这保障了超级电容作为电压源的功率输出能力;所提策略降低了超级电容常态下的蓄电池的输出深度,蓄电池的最大功率深度降低了46.70%,这提高了蓄电池的使用寿命.

35kV/1MVA宽频带导纳测量装备与频率耦合导纳测量方法

高压大容量宽频带导纳测量装备是破解风光等新能源并网发电设备控制黑/灰箱化下导纳建模难题的重要装备。该文采用基于级联多电平的宽频带导纳测量拓扑结构及其宽频带线性输出控制方法,研制出1台35kV/1MVA宽频带导纳测量装备,可在新能源并网发电设备的高压侧进行导纳测量,测量频宽为10Hz~1kHz。在此基础上,提出宽频带导纳测量装备的平滑投切控制方法,主要通过控制各种开关的投切顺序以及导纳测量装备与新能源并网发电设备的启停顺序,避免投入和切除导纳测量装备过程对装备本身及被测对象产生冲击,特别是能够防止变压器励磁涌流带来的不利影响。然后,针对传统频率耦合导纳测量方法易引起导纳矩阵中非对角元素的相位出现混乱的问题,提出基于电网基波电压相位校正的频率耦合导纳测量方法,可准确测量新能源并网发电设备的频率耦合导纳特性。最后,仿真与风电基地现场实验证明所提35kV/1MVA宽频带导纳测量装备设计方案与频率耦合导纳测量方法的有效性。

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer,e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

弱电网下锁相环对三相LCL型并网逆变器小扰动建模影响及稳定性分析

在弱电网中,由于锁相环（phase locked loop,PLL）的PI控制器的动态性能,三相LCL型并网逆变器在小扰动情况下控制dq坐标系和系统dq坐标系不再重合,给系统建模与稳定性分析带来困难。为此,提出一种基于导纳模型的三相LCL型并网逆变器小扰动建模方法。首先,通过旋转矩阵,将系统dq坐标系下参数变换到控制dq坐标系,建立双dq坐标系之间的交互关系,解决了考虑PLL影响的三相LCL型并网逆变器建模难题。其次,深入研究并网逆变器的输出导纳特性。然后,分析PLL、电网阻抗和LCL滤波器参数在系统dq坐标系下对系统稳定性的影响。随着PLL带宽和电网阻抗的增大,系统由稳定变为不稳定。当系统处于稳态时,有源阻尼系数越大,系统的相角裕度越大,表明系统稳定性提高。逆变器侧电感的变化,对系统稳定性的影响很小。滤波电容和网侧电感的增大,导致系统的相角裕度减小,系统稳定性降低。最后,仿真和实验验证了理论分析的正确性。

虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)按照控制方法的不同可分为电压控制型和电流控制型VSG。首先,采用谐波线性化方法建立电压控制型VSG和电流控制型VSG的小信号序阻抗模型,对比分析这两种不同类型VSG的序阻抗特性。电压控制型VSG的序阻抗基本呈感性,与电网的阻抗特性基本一致;而电流控制型VSG的序阻抗在中频段显负阻性,且阻抗幅值非常小。基于所建序阻抗模型和Nyquist稳定判据分析电网强弱、VSG并网台数和锁相环带宽对两种不同类型VSG并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明:电流控制型VSG接入电网容易发生谐波振荡问题,而电压控制型VSG并网系统在弱电网或者高渗透率新能源发电下依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,电压控制型VSG比电流控制型VSG更适合应用于新能源并网发电中。实验验证了该文分析的正确性。

弱电网下考虑锁相环影响的三相并网系统相角补偿控制方法

在多可再生能源发电主导的弱电网中,锁相环的带宽较大时,其引入负阻尼的频率范围也较大,导致系统的稳定性降低。减小锁相环的带宽可以提高系统的稳定性,但会对系统的动态性产生不利的影响。为此,提出一种考虑锁相环影响的三相并网系统相角补偿控制方法。该方法通过公共耦合点电压前馈来改变并网逆变器的输出导纳,维持了并网逆变器的输出导纳在系统截止频率处幅值基本不变,并增大系统的相角裕度,解决因锁相环带宽较大引起的系统不稳定问题,并保证了系统的动态响应速度。实验结果验证所提方法的有效性。

弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法

该文提出一种弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法,通过引入公共耦合点(PCC)电压全局变量和并网电流高频分量到逆变器控制环节,可实现多逆变器系统的高频振荡抑制。首先,引入PCC电压的前馈构造出并联逆变器在PCC处的虚拟电阻,抑制逆变器谐波电压与电网背景谐波电压引起阻抗网络的谐波谐振;其次,引入并网电流高频分量反馈构造出并联在逆变器输出滤波电容两端的虚拟阻抗,增加逆变器自身阻尼,抑制多逆变器并联谐振。仿真和实验验证了所提高频振荡抑制方法的有效性。

负荷虚拟同步机的宽频带dq阻抗建模及弱电网下与传统PWM整流器的稳定性对比分析

负荷虚拟同步机(load-side virtual synchronous machine,LVSM)引入转动惯量J和下垂系数Dp,为电网提供惯性和阻尼,但其在弱电网下的稳定性有待探究。考虑控制延时及采样滤波器,建立LVSM的宽频带dq阻抗模型,对比分析LVSM和传统电压型PWM整流器(voltagesource rectifier,VSR)的dq阻抗特性。LVSM的Zdd在10Hz内呈负阻性,比VSR的负阻范围窄,在10Hz以上基本呈感性。其次,基于广义奈奎斯特判据,比较研究发现它们在弱电网下都会诱发振荡:LVSM的振荡范围(40~60Hz)比VSR的振荡范围(7~200Hz)窄。且直流电压PI控制器是决定它们稳定性的关键。对LVSM而言,比例越大,积分越小,系统越稳定,且减小J和Dp可增强系统稳定性。对VSR而言,比例和积分越小,系统越稳定,且去除电压前馈可增强系统稳定性;最后,通过仿真和实验验证该文分析的正确性。

弱电网下LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法

位于电网末梢或偏远地区的新能源发电弱电网中,大量本地阻感性负荷的接入会引起电网阻抗变化与频率偏移及电压波动,进而影响LCL逆变器自身谐振尖峰抑制及其输出有功与无功动态调节过程。对此,提出了一种LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法,包括鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制、同步参考系准比例积分控制及功率快速调节。提出的鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制增强了系统阻尼特性,抑制了LCL谐振尖峰;光伏能量功率前馈和负载无功快速检测可实现LCL逆变器的有功功率快速调节与电压无功紧急支撑功能;同步参考系准比例积分控制可降低电网基波频率偏移对系统稳定性的影响,增强了系统整体鲁棒性。通过深入分析控制系统动态响应和稳定性,给出了控制参数优化设计方法。最后,仿真及实验结果验证了所提控制策略的可行性。

双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法

宽频带阻抗测量是验证及修正新能源发电装备宽频带阻抗模型的重要方法。当待测新能源并网逆变器阻抗与电网阻抗在测量频段内的相对大小改变时,仅采用单一的电流并联注入型阻抗测量系统或者单一的电压串联注入型阻抗测量系统不能精确地测量该待测装备的宽频域(10Hz^10kHz)阻抗。该文首先分析了单一电流扰动或单一电压扰动注入方式下宽频带阻抗测量精度不高的主要原因;然后,以新能源并网逆变器的阻抗测量为研究对象,提出了双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法,实现电网阻抗高于待测装置阻抗时注入电流扰动、电网阻抗低于待测装置阻抗时注入电压扰动的工作模式,使扰动高比例分布在待测装置侧,提高了阻抗测量精度;最后通过对阻感负载及新能源并网逆变器的阻抗在线测量,验证所提双模式扰动注入方式下阻抗在线测量方法的有效性。

快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法

提出了一种快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法 ,通过负载电流的中高频分量前馈,有效提高了系统的动态响应速度,并降低冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动,增强了多电平电源的抗扰性能;同时针对电压环提出准比例谐振QPR(quasi-proportional resonance)+重复控制的控制方式,实现了输出电压在基频和主要次谐波频率处的无静差控制,从而提高了多电平电源输出电压的控制精度。所提控制方法能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度,增强系统稳定性,可用于解决海岛国防设施和民用设备可靠供电的难题。

大工程观融入“现代电力电子技术”教学方法

考虑到“现代电力电子技术”课程与工程应用紧密联系,课程组提出大工程观融入“现代电力电子技术”的课程教学与实践方法。革新课堂教学模式,打造引导式教学、工程实例分析教学、多样化教学工具、定期学术交流相结合的多维灵活互补课堂;深化实践教学,形成专业实践、社会实践、工程实训、创新创业教育“四位一体”实践教学平台。大工程观融入课堂与实践教学协同培养综合型专业素质人才。