基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。

柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望

通过以智能软开关、能量路由器和智能功率/信息交换基站为代表的电力电子设备实现配电网的柔性互联,更好地适应多元源-储-荷设备的接入,将是未来智能配电网的演进趋势。从柔性互联智能配电网的概念阐述入手,详细介绍其核心柔性互联设备的拓扑结构及工作原理,分析柔性互联智能配电网规划设计、运行控制和故障自愈等关键技术的研究现状与难点,并对未来需要重点研究的技术领域和工程应用前景进行了讨论与展望。

蜂巢状有源配电网构想、关键技术与展望

传统拓扑结构的配电网难以适应大规模可再生能源的接入,而微网技术的规模化应用已成为未来分布式有源智能配电网的发展方向。文中提出了一种蜂巢状有源配电网拓扑,将“源网荷储”规范化配置的分布式微网群通过智能功率/信息交换基站以蜂巢状结构组合成网,实现微网的区域自治和相互间的广域互联;在对比其他变形拓扑的基础上,认为蜂巢状有源配电网是一种值得深入研究的未来智能配电网优选拓扑结构。对所提拓扑的实现方式和关键技术展开了探索性研究,初步建立了基于分层控制的通信机制、基站的经济运营模型和微网的经济调度模型。与现有配电网方案对比分析后,认为所提拓扑具有网络架构坚强、清洁能源消纳能力强、配电方式灵活和支持电力市场交易等优点。最后,分析了该新型配电网拓扑在经济性和技术性等方面面临的挑战并展望了下一步的研究方向。

电力系统的柔性、弹性与韧性研究

综述电力系统柔性和弹性的研究进展,指出"柔性"侧重于描述电力系统灵活可调的能力,"弹性"侧重于描述电力系统抗击极端事件的能力。随着电力系统中持续性的随机扰动不断增加,"柔性"和"弹性"均不能描述电力系统耐受持续随机扰动的能力,为此,提出"电力系统韧性"的概念,即电力系统在持续的随机扰动之下不发生崩溃、解列而保持正常运行的能力,并给出电力系统韧性的研究内容和技术路线,包括描述模型、分析方法、评价指标和提升途径等。

基于虚拟同步机的变流器暂态稳定分析及混合同步控制策略

针对采用组网型控制策略(以虚拟同步机控制为例)且考虑电流限幅的电压源型变流器(VSC)暂态稳定性差且失稳机理不明的问题,首先从传统同步机的暂态稳定分析方法入手,定性地分析了组网型VSC的暂态过程。然后,通过基于相图的非线性微分方程的分析方法,定量研究了组网型VSC的暂态失稳机理,并提出了一种结合了传统同步机摇摆方程和锁相环的新型同步方法(称为混合同步控制),使得VSC不仅具备频率响应的能力,而且其暂态稳定裕度得到了大幅提高。最后,通过MATLAB/Simulink搭建的仿真模型验证了分析方法的准确性和所提控制方案的有效性。

中压船舶直流供电系统限流开断技术

中压直流供电系统是未来船舶供电的一个典型应用场景,中压直流断路器则是保障该供电系统安全可靠运行的关键设备之一。船舶供电系统的阻抗小,故障电流及其上升率大,故要求直流断路器兼具故障限流与大容量开断功能。该文首先简述船舶供电系统的特点及直流故障的电流特性,然后重点介绍了基于固态开关分断技术的全固态直流断路器和混合型直流断路器的研究进展,分析了它们的优缺点,并对它们在中压船舶直流供电系统中的应用进行了工程和技术的可行性分析。最后对单向分断新型强迫换流原理的混合型断路器方案在10kV/5kA系统的应用进行了可行性分析,并对其工程应用需要攻克的难点及关键技术进行了展望。

基于T型三电平拓扑的新型电能质量补偿器

针对三相四线制配电系统,提出一种基于T型中点箝位型三电平逆变器技术的新型电能质量补偿器拓扑,并简要介绍了新型电能质量补偿器的工作原理。详细分析了新型电能质量补偿器逆变器直流侧电压波动的成因,以及采用传统三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)算法时系统侧出现不平衡电流和谐波分量的根本原因,并提出改进调制算法来解决该问题,即通过分别处理直流侧正、负极电压调制比,并按比例分配补偿时间进行中点平衡控制。在MATLAB/Simulink平台上的仿真结果表明,所提改进调制算法通过简单的控制策略,可同时实现无功补偿、谐波抑制及不平衡治理,且补偿效果良好。

六角形模块化多电平AC/AC换流器损耗特性分析计算

详细分析换流器的损耗特性对于系统设计、冷却装置选型都有着重要意义。文中基于全桥子模块的工作特性,对六角形模块化多电平AC/AC换流器(Hexverter)的子模块损耗分布及换流器的总损耗进行分析计算。首先,简要介绍和仿真验证了Hexverter的工作原理。然后,通过提取绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的数据进行拟合,建立IGBT及其续流二极管的通态特性和开关特性参数,进而对子模块工况进行详细分析,根据全桥子模块的输出特性推导出各器件导通范围及导通时间的解析表达式,从而得到通态损耗和开关损耗的理论计算表达式。最后,通过10 kV系统算例对换流器损耗进行了定量分析,对支路内不同子模块的损耗分布和不同工况下Hexverter的损耗进行计算,结果表明全桥子模块内部的损耗分布呈现对称性外,同一支路内各子模块损耗也不尽相同,特别是在不同容量及功率因数的工况下,子模块损耗分布及换流器总损耗存在明显差异。

不同接地方式下无变压器型SNOP的交流故障特性分析

无变压器的SNOP(智能软开关)能够有效减少占地面积和投资成本,紧凑化的方式更加适用于负荷较为密集的城市区域。首先在PSCAD/EMTDC内建立了一个含无变压器型SNOP的两供区仿真模型,通过对供区内经消弧线圈接地、小电阻接地、直接接地3种接地方式的组合仿真,统计分析了SNOP在无变压器情况下零序分量的相关特性。利用电路分析和序分量分解的方式,分析了无变压器情况下故障侧零序分量引发直流电压和非故障侧交流电压波动的内在机理,阐释了仿真统计结果。研究结论可为相关工程和研究人员提供技术参考。

考虑紧急备用与光伏出力不确定性的微电网分布式储能规划方法

微电网作为消纳可再生能源的重要途径,面临着可再生能源出力不确定性带来的挑战。针对该问题,提出了紧急备用约束下的微电网分布式储能系统的规划方法,建立了结合分布式储能运行特征的微电网潮流模型,以鲁棒优化分析光伏出力波动性的最差工况,并采用列与约束生成算法结合大M法求解该模型,将原问题分解为混合整数二阶锥规划主问题和子问题并交替求解。通过求解研究算例,验证了所提优化分布式储能配置方法和运行调度策略的可行性,并在充分满足系统紧急功率备用的情况下,降低了微电网系统的综合成本。

面向山区的蜂巢状有源配电网多工况控制策略

山区配电网存在网架结构薄弱、调节能力差等问题,降低了电网运行可靠性,不利于可再生能源的接入。为此,提出一种面向山区应用的HADN(蜂巢状有源配电网)架构,并设计涵盖多种工况的分层控制策略,主要包括微电网不平衡功率估算策略、HADN关键设备——智能能量/信息交换基站的控制策略、多微电网多基站的控制策略。应用MATLAB/Simulink建立仿真模型,对所提出的控制策略进行仿真验证。结果表明,HADN在所提出的控制策略下能够实现多个微电网之间功率灵活调度,提升山区配电网的灵活性和可靠性。

基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案

与传统光伏大规模接入交流系统和分布式并入低压直流电网的形式不同,面向中压直流配电网的光伏并网系统在传输效率、容量、电压稳定性和电能质量等方面均具有一定的优势,是未来发展直流配电网所需要的一种能源汇集技术。提出了一种适用于中、大容量光伏发电系统接入直流配电网的新型技术方案,设计了并网系统的详细拓扑结构。根据光伏电池特性,设计了发电单元及子模块的参数,并分析了模块化变换器的运行特性。在此基础上,设计了模块化LLC谐振变换器的控制策略,在维持子模块均压均流的同时,实现了对光伏发电单元的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计光伏直流并网方案的可行性和控制系统的有效性。

一种抑制含光伏电源配电网电压越限的方法

光伏电源接入配电网后,会引起并网点附近的电压抬升,严重情况下导致电压越限。为了解决该问题,提出了在利用光伏逆变器的无功功率调压的同时,在配电线路中串联可调电抗器,以提高无功功率调压的能力和灵敏度。文中分析了电压抬升的原因以及光伏逆变器和串联电抗器在电压调整中的作用,得到电压降和串联电抗值与逆变器无功功率的关系;充分利用光伏逆变器无功能力,以有功线损最小为目标函数,找到最优的串联电抗器配置方案。最后,采用新疆某线路的实际算例,仿真分析了光伏逆变器无功能力的局限性,验证了该方法的有效性。

蜂巢状有源配电网拓扑及其可靠性评估

为探寻适应分布式电源并网运行的高供电可靠性配电网结构,文章提出了一种基于分布式有源微网的蜂巢状有源配电网拓扑。首先,对该拓扑结构及其中的有源微网与智能功率/信息交换基站进行了介绍,并分析了该拓扑的优点与不足。其次,应用马尔可夫链分析蜂巢状微网的状态转移过程,并给出了数学模型,包括状态转移概率矩阵和不同状态下的概率计算方法等。然后,推导了基于最小割集法的蜂巢状微网可靠性指标计算的修正公式。最后,以IEEE-RBTS BUS6 F4测试系统为例,对其"改造"成蜂巢状微网前后的供电可靠性进行了仿真比较,结果表明"改造"后的蜂巢状微网具有更高的供电可靠性,进而得出了蜂巢状有源配电网的供电可靠性明显优于普通配电网的结论。

基于蜂巢状有源配电网的分布式优化调度

微网群是未来微网并网的发展方向。对此,课题组提出了一种适应于微网大规模应用的智能化结构,即蜂巢状有源配电网拓扑。基于此拓扑研究其优化调度问题,首先对该拓扑结构及其中的有源微网与智能功率/信息交换基站进行说明。接着,采用基于一致性约束的分布式优化方法,将蜂巢状配电网分解成多个区域,并推导了蜂巢状配电网优化数学模型。然后,考虑经济和可靠性等指标选取了运行成本最小化为优化目标,采用MATLAB/YALMIP/IPOPT商业求解器求解所建立的优化模型。最后,以7个微网组成的蜂巢状配电网为例,对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明,并分析了蜂巢状配电网的应用对微网群经济性和可靠性的影响。

基于能量交换基站的岛屿微网群拓扑及其控制策略

文章分析了岛屿供电面临问题及微网群供电的可行性,提出了能量交换基站(energy exchange station,EES)的概念,基于EES探讨交直流微网群互联的拓扑结构,建立了不同控制策略下的微网功率缺额的计算方法,提出了一种基于EES的岛屿微网群的自适应控制策略。在MATLAB/Simulink上进行建模,对EES的2种不同工况进行仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑结构及其控制策略能有效解决不同控制策略微网间能量传输问题,从而有效提高岛屿能源利用率。

LLC谐振型DC/DC变换器在光伏并网系统中的应用研究

近年来,以光伏等新能源为代表的分布式发电技术迅猛发展,而DC/DC变换器作为光伏并网运行的重要部分,受到了广泛关注与研究。典型的DC/DC变换器为Boost电路,其结构简单,而且控制方便。但其不足之处在于电压抬升能力有限,因其容量的大小受限于电感的制造工艺,造成电压变化范围窄、容量低。然而LLC谐振型DC/DC变换器由于其输入电压范围宽、IGBT能够实现零电压和零电流开通从而能减小开关器件的开关损耗等优点得到越来越多的关注。基于此,文章提出将LLC谐振型DC/DC变换器作为光伏并网运行的升压环节,采用脉冲频率调制方法,实现最大功率点的跟踪。首先,本文详细介绍了该变换器的拓扑结构及其工作模式中各个阶段的工作机理。然后,对光伏并网系统的架构及各部分组成进行简要阐述,并在PSCAD/EMTDC软件中搭建了风力发电机、微型燃气轮机、光伏发电单元等模型及其并网运行控制系统。最后,通过仿真分析验证了LLC谐振型DC/DC变换器在光伏并网升压环节应用中的可行性及其控制系统的有效性。

偏远地区交直流供电经济性比较

提出一种适合偏远地区输电的配电侧使用直流变压器的直流供电拓扑结构,并与传统交流供电拓扑进行比较。基于线路压降等技术指标进行计算与线路选型,根据造价估算及线路损耗折现进行经济性比较。研究计算表明,多数情况下偏远地区采用直流供电方案经济性更好;直流供电线路损耗更低,最大传输功率和输电距离更大;在工程改建扩容方面更具优势。

基于滤波算法的抗谐波与不对称畸变的三相数字锁相环设计与分析

在有源滤波或光伏、风电入网等大量应用电力电子逆变器并网的过程中,准确快速跟踪电网电压相位是十分重要的。文章分析三相数字锁相环的基本原理,推导了在电网电压存在谐波、不平衡畸变下锁相环的输出,并利用低通滤波、周期平均滤波、陷波器等滤波算法使得锁相环在以上电网电压较为严重畸变场合下仍能实现良好锁相。本文还构建了基于滤波算法的三相锁相环框图,通过推导传递函数计算出设计稳定锁相环所需的滤波算法的参数范围。针对以上内容,在MATLAB/Simulink平台上对进行了仿真,验证了其有效性。

基于变异粒子群算法的微网群能量管理策略

微网群是未来微网并网的发展方向。对此,文章提出了一种基于功率交换单元和能量池的微网群结构并研究其能量优化管理问题,首先对该拓扑结构及其中的功率交换单元与能量池进行了说明。接着,推导了微网群优化的数学模型。然后,考虑经济和安全运行等指标选取了运行成本最小化为优化目标,并采用基于变异粒子群算法的优化方法求解所建立的优化模型。最后,以三个微网组成的微网群为例,对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明,并分析了该优化策略的应用对微网群经济性和可靠性的影响。