基于小信号模型的微网控制参数选择与稳定性分析

小信号稳定性是微网运行的关键问题之一,特别是孤岛运行时,控制器结构较为复杂,且缺少大电网的电压频率支撑。为此,以未来可再生电能传输和管理(future renewableelectric energy delivery and management,FREEDM)网络为对象,推导固态变压器(solid state transformer,SST)、网络线路及负荷模型的状态空间方程,建立完整的微网小信号模型,分析孤岛运行时的稳定性,并根据其状态矩阵特征值及灵敏度,确定影响系统稳定的关键参数,设计配置多SST的环形微网,仿真验证选取的控制器参数的正确性。结果表明,系统对负荷突变和随机波动都具有很强的适应性,且具有良好的环流抑制效果。所建小信号模型可用于微网稳定性分析及控制器参数的优化设计。

微电网孤岛运行模式下的协调控制策略

微电网是一种特殊形式的有源配电网,为大规模分布电源控制提供了一种有效方法。微电网能运行在并网和孤岛状态,并网时可以从主网吸收电能或向主网提供电能,当主网发生电能质量事件时,微电网能从主网脱离单独运行。微电源和存储设备必须协作才能维持微电网孤岛运行。列举并讨论微电网孤岛运行,总结不同作者提出的微电网协调控制策略,对这些不同的控制方法进行比较,提出应根据微电网不同运行模式和影响因素对分布式电源采用不同控制策略。

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。

基于合作博弈的需求侧响应下光储微电网优化配置

在电力市场环境下,考虑需求侧响应和储能系统对微电网的影响,通过合作博弈的方式进行系统联合优化配置。提出一种在需求侧用户适当转移负荷的情况下实行分时电价的微电网运行策略,用于实现微电网收益最大化和最优可靠性。首先,建立了转移负荷的用户、分时电价下进行负荷响应的用户和储能系统的目标函数和模型。其次,利用合作博弈的方式将三方进行联合优化配置,采用迭代算法求出了三方联合优化纳什(Nash)均衡点(最优配置方案)。基于此提出系统联合优化运行策略。将该模型和算法应用于甘肃某一实际光伏微网系统,验证了其有效性。

用于微电网无功均衡控制的虚拟阻抗优化方法

受微电网线路阻抗不匹配等因素影响,传统下垂控制常存在无功均衡问题。应用虚拟阻抗方法可以抑制无功均衡误差。然而,传统虚拟阻抗方法没有充分考虑微电网网络中的不匹配因素。为了提高无功均衡准确度,提出了一种基于微电网全局无功均衡误差最小化思想的虚拟阻抗优化方法。通过微电网网络建模,推导了网络无功均衡误差估算方法。然后,基于无功传输特性设计了自适应虚拟阻抗控制器。在此基础上,构建全局无功均衡误差计算函数并优化,以获得最优控制器参数。该方法实施无需通讯,可在结构复杂的微电网中应用。相比传统虚拟阻抗方法,优化后的虚拟阻抗控制具有网络自适应能力,且无功均衡性能更为良好。仿真和实验结果均验证了所提方法的有效性。

基于混合储能的微电网功率控制策略

微电网中间歇式微电源输出功率较大的不确定和波动,给微电网孤网运行时的电能质量和并网运行时的功率可调度控制带来了巨大的挑战。采用单一的储能系统平滑功率波动,不仅无法很好解决上述两种问题,且不利于延长储能元件的寿命。文中利用超级电容的高功率密度、快速充放和蓄电池适于平抑长周期功率波动的特点,提出了基于超级电容和蓄电池组成的混合储能系统及相应的控制策略,微电网孤网运行时采用超级电容平滑波动频率较高的功率,并网运行时结合蓄电池平抑频率较低的功率,通过两者的共同作用提高了微电网孤网运行的电能质量与并网运行的可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电。在PSCAD/EMTDC中建立微电网仿真模型,验证了所提出的混合储能结构及其控制策略的可行性。

串联和并联结构的多微网系统分层协调控制策略

根据多微网间的串联和并联组网结构,设计了串、并联不同结构的多微网系统两级分层控制方案。以多微网系统允许出现的有效运行状态为基础,依据其当前状态和触发事件制定微网运行状态的转换。针对多微网系统的联络线功率控制、并网和孤岛模式切换,提出串、并联结构的多微网中央控制器之间的协调配合策略。结合云电科技园智能微网的工程建设,利用MATLAB/Simulink软件搭建串联和并联结构的多微网模型;仿真分析联络线功率调节、不同模式转换和同步过程中微网的动态特性。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。

基于广义需求侧资源的微网运行优化

智能电网技术为需求侧响应的实施和各类分布式能源的接入创造了良好条件。文中分析了分布式发电、负荷、储能等3类资源在微网运行优化中各自发挥的作用和协调关系,将其视为广义需求侧资源,建立基于"源—荷—储"三维架构、更具弹性的微网运行优化构架。为降低微网运行优化问题的维度,提出将启发式规则与粒子群算法相结合的求解模型,首先利用启发式规则形成储能与负荷的优化策略,然后利用多目标粒子群形成电源的优化策略。为兼顾优化控制结果的稳定性和精确性,采用滚动时间窗优化方法。算例对比分析了各类需求侧资源对微网运行优化的效果,验证了所提方法的有效性。

基于功率分层的直流微电网协调控制策略

针对以光伏发电为主的直流微电网,描述了其基本结构和组成,设定了系统各单元运行的约束条件,为协调控制策略的实施奠定了基础;依据系统净负荷和蓄电池充放电功率阈值划分了功率层区,提出了基于功率分层的协调控制策略,进一步分析了该协调控制策略下各单元的模式判别流程及变换器控制方法。仿真结果表明,该控制策略可以适应直流微电网不同的运行状态,维持直流母线电压的稳定,延长蓄电池的使用寿命,保证可再生能源的充分利用,提高系统的灵活性和稳定性。

独立微电网微源多目标分层优化配置方法研究

微电源的优化配置是微电网设计规划阶段的重点,是实现微电网整个生命周期安全可靠经济运行的基础。文中提出了以负荷支撑最大和系统总成本最低为多目标的独立微电网微电源优化配置方法。提出微电源配置要以保证电能质量及供电可靠性为前提,进而提出了相应的微电网组网规则,并验证了组网规则是微电源配置中必须遵守的规则之一;提出了将储能作为系统源储荷平衡的桥梁,以实现对不可控微源的补充作用;还分析了系统备用度对微电源配置的影响,为微电网后续的扩展奠定基础。文中分别对2类微电源进行分析,采用分层优化方法进行求解,以提高优化速度及结果的准确性。第1层利用HOMER软件得出含不同类型微电源的系统生命周期成本最低的配置方案,从中筛选出满足组网规则的配置组合;第2层以第1层优化结果为初解,以负荷缺电率最低为目标应用粒子群算法求解,得到系统的最优配置方案。与纯运用粒子群算法相比,提出的方法能以更快的收敛速度实现微源容量配置的最优经济性和高供电可靠性。

孤立运行的低压微电网改进下垂控制策略

针对低压微电网孤立运行时传统下垂控制策略的不足,提出了一种改进的下垂控制策略,从结构和参数优化两个方面对传统下垂控制进行了改进:在结构优化方面,考虑到在低压微电网线路中阻抗与感抗均不可忽略,将连接线路的阻抗角作为一个变量引入到下垂控制中,并添加了一个微分控制环节以增加控制器设计的自由度;在参数优化方面,通过粒子群优化算法对改进控制结构的参数实施优化,以期在微电网孤立运行时,为系统提供足够的阻尼,减小系统在暂态过程中的振荡。最后,通过Matlab/Simulink搭建了时域仿真模型,验证了本文所提控制策略的有效性和正确性。

微网孤岛运行模式下的调频控制策略

针对采用下垂控制的逆变器组成的微网,研究其孤岛运行模式下的调频控制策略。通过对系统进行建模分析,并将传递函数进行有效的等效与化简,推导出调频控制器的参数校正公式。当系统工况改变导致分配特性、输出阻抗以及接入条件改变时,该控制器都可以在线调整参数值,使系统频率迅速恢复稳定。实验结果证明,引入该参数自动调节算法后,系统参数改变时调频控制算法可以很快恢复到给定频率,并保持频率稳定。

一种并联分布式微源的无功功率均分控制策略

在微电网多逆变器并联系统中,由于各逆变器之间的输出阻抗和馈线阻抗存在差异,因此,应用传统的下垂控制策略会导致逆变器间无功均分精度较低而造成环流问题。为了减小环流、提高无功分配的精度,提出一种改进型下垂控制的微电网无功均分策略。该方案利用低带宽通信获取各微源的无功功率信息,修改无功电压下垂特性曲线的电压偏置,达到提高无功出力分配精度的目的。同时,所提出的环流和负荷电压偏差为优化指标的目标函数,优化并设计控制参数。研究结果表明:改进的无功均分方法在不影响有功功率均分的条件下,极大提高了微源无功功率均分的精度,并具有良好的动态和稳态性能。

基于可靠性约束的风-光-储微网容量优化配置对配电网可靠性影响分析

从经济性角度，基于序贯蒙特卡洛模拟法评估含风-光-储微网配电网的可靠性。采用一个能准确表征风-光-储微网对配电网可靠性贡献的新指标——微网孤岛运行时间大于主网故障时间的概率作为可靠性约束条件。以风-光-储微网等年值投资费用最低为目标函数，建立风-光-储微网容量优化配置模型。采用模拟退火粒子群优化算法，优化配置风-光-储微网容量。针对RBTS-BUS6 F4算例系统，分析不同可靠性约束条件下风-光-储微网对配电网可靠性的影响。结果表明，优化配置风-光-储微网容量，既可有效减少微网的投资费用，又可提高配电网的供电可靠性；新的可靠性约束条件能很好地反映风-光-储微网对配电网可靠性的影响程度。

孤岛微电网的电压不平衡二次控制策略

为了解决微网公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压不平衡问题,提出基于二次控制的电压不平衡补偿方法.该方法依据分层控制理论,建立二次控制层,通过二次控制层中的微电网中央控制器对每个分布式电源的本地控制器产生的偏差进行二次控制与调节,并采用低带宽通信网络实现控制层之间的信息交换.而本地控制层则采用改进的下垂控制方法,并加入虚拟阻抗环来控制逆变型微源的等效输出阻抗特性;电压电流环则采用准比例谐振控制实现电流、电压的无静差控制.该方法不仅从全局的角度补偿PCC点的电压偏差,而且实现无功功率的精确分配.最后仿真验证了所提控制策略的有效性.

基于故障树蒙特卡洛模拟法的孤岛微电网薄弱环节识别

为增强微电网风险评估工作的针对性,采用故障树蒙特卡洛模拟法对孤岛微电网的薄弱环节进行识别。以网内不同用户供电中断为顶事件建立各用户的故障树模型,通过蒙特卡洛模拟法随机抽样建立孤岛微电网的两状态模型。从元件重要度和网络风险重要度2个方面,建立微电网薄弱环节重要度指标体系。对某典型低压孤岛微电网的薄弱环节进行识别,评估孤岛微电网的可靠运行能力,算例结果验证了所提方法的合理性。结果表明,柴油机和逆变器是该算例微电网的薄弱环节,降低其故障率有利于降低微电网的风险水平。

基于灵敏度分析的微电网互动运行成本计算方法

微电网与配电网互动运行的成本决定了其参与配电网运行的深度和广度。提出了一种基于灵敏度分析的微电网互动运行成本计算方法,首先设计了微电网与配电网互动运行的架构,然后考虑微电网的购电成本、售电收益、分布式电源发电成本,建立了微电网的优化调度模型,并在此基础上建立了考虑配电网互动容量需求的微电网优化调度模型,通过灵敏度分析得到了微电网互动容量与互动成本之间的关系,最后通过典型的微电网算例验证了所提算法的有效性。

并网风电出力平稳控制方法综述

风电以其清洁无污染、环境友好、技术成熟等优势,成为电力系统发展的热点。为有效利用风能,大规模风电场必须实现并网运行,但风电输出功率具有波动性和随机性,会对接入电网的稳定性和电能质量等方面造成不利影响,制约了风电的快速发展。针对如何改善风电出力波动对接入电网影响问题,分析了风电接入对电网的影响,对现有风电场出力的平稳控制方法进行了总结,提出了有待进一步研究的方向。研究结果表明;风电场装设无功补偿装置、采用储能技术或者和其他分布式电源组成微电网,可有效平稳风电出力的波动,改善对接入电网的影响。

含微网的配电系统可靠性评估

分布式电源接入配电系统,使系统的结构和运行方式发生变化,给配电系统的可靠性评估带来挑战。本文考虑分布式电源的间歇性、随机性和风机、光伏系统的故障率,建立了分布式电源的出力模型和负荷的时变模型,引入虚拟等值电源的概念,提出基于序贯蒙特卡洛模拟的含微网配电系统可靠性评估算法,分析微网并入电网后对配电系统各区域可靠性的影响程度。以改进的IEEE RBTS Bus6系统为例,对配电系统各负荷点的可靠性进行评估,验证了该方法的有效性。

适用于微电网的并网逆变器动态电压支持功能研究

针对微电网在并网运行时易受外部主电网电压跌落影响的问题,本文提出了一种基于并网逆变器的动态电压支持方法。利用无功功率流过电感会产生压降的原理设计控制器与电路,当主电网电压发生跌落时在微电网不断网的前提下控制逆变器向电网注入一定量的无功功率,使其流过解耦电感产生与电压跌落幅度相当的压降,以支持微电网的本地电压。根据电压跌落幅度的不同,设计了控制器的不同动作来维持本地电压,保证负载的正常工作。文中详细阐述了控制器的设计原理,并利用MATLAB/Simulink对提出的并网逆变器动态电压支持功能进行了仿真分析,验证了该方法的可行性与有效性。