基于粒子群算法的微电网有功无功下垂控制

微电网是未来分布式发电系统的一个重要组成部分,能够集成多种类型的可再生能源并改进能源管理模式。微电网由多个分布式发电单元构成,当微电网孤岛运行时,各个发电单元装置之间必须进行合理的有功和无功分配,以保持微电网内严格的负荷平衡,传统的大电网下垂控制方法易受线路阻抗影响,已不能适应微电网功率分配要求。本文提出了一种可以协调多个DG输出功率的新的下垂控制器优化方法,通过粒子群算法(PSO)优化得到最优下垂控制参数,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性和可行性。

基于增量成本一致性的孤岛微电网分布式下垂控制

针对孤岛微电网运行优化问题,提出了一种基于增量成本一致性的分布式控制方法。该算法首先基于一致性理论,给出了增量成本一致性算法,验证成本最优化问题;其次,基于增量成本一致性算法的优化解,设计一种新的分布式下垂控制器,在满足供需平衡的条件下,控制策略使得微电网系统运行成本最优,功率能够合理分配,频率也稳定在额定值;最后,通过仿真验证了所提控制策略以及算法的有效性。

一种微电网分布式电源的下垂控制策略

针对微电网中多个分布式电源之间的复杂协调控制问题,提出了一种微电网分布式电源的下垂控制策略,可实现微电网增切负载、微电网运行模式切换时对分布式电源电压和频率的平滑控制.该方法依据下垂控制原理,研究了P-f和Q-U下垂特性,设计了基于输出滤波器、功率控制器、电压电流双环控制器的下垂控制器,建立了下垂控制器的仿真模型及对等控制策略下的微电网仿真模型.通过Matlab/Simulink仿真结果,分析了微电网在孤岛、并网及运行模式切换时各分布式电源的频率、电压和功率的变化规律,验证了下垂控制策略的正确性和可行性.

分布式能源区域调控系统功率柔性控制方法

为了实现直流电压稳定控制以及保证功率的实际传输效果,提出分布式能源区域调控系统功率柔性控制方法。架构二层控制层,以直流电压斜率控制和直流输电线路的功率损耗为主要目标,通过本地电压控制器和全局功率控制器,控制电压和功率,均衡电压和功率之间的冲突;主要控制层中的下垂控制器依据电压和功率的控制结果,修正功率参考值,计算功率控制结果。测试结果表明:光伏出力结果与额定值相差低于5 MVA,风机出力结果与额定值相差低于1 MVA,在1 s内完成直流电压的稳定控制,且具备功率参值的修正功能,能够保证电压和功率的实际输出效果。

有源电力滤波器直流侧电压的复合控制

直流侧电容电压的控制是有源电力滤波器(APF)的关键技术之一。APF的补偿性能和功率损耗都与其直流侧电容电压有一定的关系。根据直流侧电容电压波动和补偿性能、功率损耗及电网电压之间的关系,采用下垂控制器调节直流侧电容电压参考值。考虑到电网电压波动和负载突变等情况,提出了一种鲁棒性好、稳态精度高的改进型滑模比例积分(PI)控制。仿真和实验结果表明:使用下垂控制器实时调节直流侧电容电压能够有效地提高补偿性能;使用改进的滑模PI控制能够提高滑模PI调节的稳态精度和对负载突变的响应速度。

粒子群优化算法的微电网功率自动控制策略

以保障微电网稳定运行及微电网内部负荷平衡为目的,提出了基于粒子群优化算法的微电网功率自动控制策略。首先根据微电网孤岛运行模式时,下垂控制器通过调整母线电压和系统频率实现功率合理分配,然后采用混沌粒子群算法通过优化控制下垂控制器参数,协调微电网中各分布式电源的输出功率,增强微电网功率控制性能,最后实验结果表明:该控制策略在并网模式和孤岛模型下均可有效保障微电网功率稳定,且可良好控制运行成本。

基于互联和阻尼分配跟踪的孤岛微电网非线性电压功率控制

针对孤岛微电网中分布式电源变换器应对大扰动能力差、扰动过程中电压和功率波动大、且无法回到原始运行状态等问题,该文提出了一种适用于孤岛微电网中多分布式电源变换器的非线性跟踪控制方法。该控制方法基于同步参照系(synchronous reference frame,SRF)中的互联和阻尼分配无源控制器(interconnection and damping assignment passivity-based controller,IDA-PBC)进行设计,该控制器负责控制微网内功率转换装置(power conversion units,PCU)的动态特性。PCU包括DC/DC升压变换器通过互连电容与DC/AC逆变器耦合,并通过LC滤波器连接到电网。该控制器使PCU在系统运行点变化期间平滑地抑制电压/电流和有功/无功功率的变化,同时精确地跟踪由下垂控制器产生的参考指令。最后,在多源孤岛微网上对PCU进行了时域仿真分析,将所提方法与PI控制器以及现有非线性控制策略进行比较,仿真结果表明,所提方法能较好地抑制大扰动下微网的电压、电流以及功率波动,控制效果明显优于PI控制和其他非线性控制。

逆变器潮流计算节点类型等效及鲁棒下垂节点的潮流计算

潮流计算在电力系统分析中占据着基础性的地位。微电网的潮流计算往往需要利用节点类型等效的方法将逆变器转换成PQ和PV类型的节点。但节点类型等效的条件与逆变器控制策略密切相关。文中从微电网潮流计算的角度,通过比较逆变器滤波器的参数与微电网线路阻抗,总结了适宜进行直接等效的逆变器控制策略的特点。并针对近年来出现的鲁棒下垂控制器,建立了鲁棒下垂控制器的潮流计算模型。基于牛顿—拉夫逊法,给出了潮流计算的修正方程,统一求解系统潮流。最后,以欧盟20节点自治运行微电网为例,验证了算法的有效性。

并网逆变器小信号建模方法对比及其适用性分析

小信号建模是当前微电网稳定性分析和逆变器控制器设计的重要手段。依据是否考虑滤波器和线路的动态特性,小信号模型可以分为高阶模型和降阶模型,因此产生两种模型的对比问题。文中在考虑功率环、LC滤波器与线路阻抗等各环节小信号建模的基础上,针对单逆变器并网系统建立了高阶小信号模型。进而采用稳态方程描述滤波器和线路的动态特性,得到系统的降阶模型与误差表达式。然后针对单逆变器并网工况,利用MATLAB/Simulink软件,仿真验证了两种模型的正确性。随后,通过对特征根、主要相关状态变量与误差表达式进行分析,均表明降阶模型能够高精度地获取低频特征根。此外,通过对两种小信号模型获取的参数灵敏度和根轨迹进行分析,发现降阶模型应用到低频振荡、阻尼分析和控制器设计等场合的效果与高阶模型一致。但因无法获得中高频特征根,在低阻抗比或感性网络中存在稳定性判断错误的可能性。最后,通过根轨迹及功率响应波形,验证了这些结论的正确性。

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。