基于数据驱动控制的孤岛微网中电池储能系统研究

文章提出了一种用于电池储能系统的数据驱动微电网支持控制系统,与传统的电网支持逆变器相比。该系统无需改变逆变器内部的有功功率和无功功率控制回路。调节数据驱动控制器无需微电网的动态模型。该系统识别微电网的频率响应并直接用于优化控制器的鲁棒性能。文章通过实时仿真软件在电磁暂态下验证了数据驱动控制器的性能,将其与反向下垂控制法进行比较。结果表明,数据驱动控制法可显著降低电压和频率偏差。

基于改进下垂控制的孤岛微网逆变器并联技术研究

逆变器并联系统在等效输出阻抗呈阻性条件下无法适用传统下垂控制方法,在对逆变器并联系统功率分配精度影响因素,以及传统下垂控制方法分析的基础上,提出了一种改进下垂控制方法。该方法首先利用虚拟复阻抗解决系统等效输出阻抗呈阻性条件下下垂控制的适用性问题,然后针对由此产生的电压跌落和频率偏差问题,提出了一种结合积分补偿器的功率二次函数项变下垂系数改进控制方法,并引入电压和频率微分调节器改善系统动态调节性能。最后通过仿真验证了该改进下垂控制方法在孤岛微网条件下的有效性和可靠性。

储能辅助的孤岛微网自适应事件触发二次调频策略

高新能源渗透率下,孤岛微网的频率稳定性受到新能源不确定出力和负荷随机波动的双重挑战。现有考虑储能辅助的微网二次调频方案主要采用周期触发控制方式,存在网络带宽占用率高的不足。为此,提出一种考虑储能辅助和不确定延时的自适应事件触发二次调频策略。首先,设计了一种考虑储能荷电状态(state-of-charge,SoC)的自适应参与机制,在不影响控制结构的同时避免了储能过充过放问题。其次,为降低网络带宽占用率,设计了一种自适应事件触发控制(event-triggeredcontrol,ETC)策略,仅当二次调频系统偏差超过触发阈值后才触发状态量与控制指令交互。最后,基于Lyapunov稳定性理论推导了ETC参数的设计准则。仿真算例表明,与周期触发控制方案相比,所提方法的网络带宽占用率下降了95.3%,频率偏差的绝对值积分则下降了8.98%。

考虑频率动态安全的孤岛微网群分布鲁棒调度方法

针对孤岛微网群互联运行下的频率安全问题,提出了一种考虑微网频率时空差异的分布式日前调度方法。首先,提出一种微网群联络线功率振荡及摇摆方程等值模型,基于此推导计及频率差异的频率动态安全约束集;其次,建立孤岛微网群两阶段分布鲁棒日前优化调度模型,利用Copula函数及混合范数建模源荷出力不确定性;然后,通过对偶分解法生成孤岛微网的分布式调度模型,利用嵌套的次梯度与列与约束生成法求解。最后,基于改进的IEEE-15节点算例进行仿真,验证模型日前调度策略在提高孤岛微网群频率安全性上的优势。

考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。

基于乌鸦搜索算法的孤岛微网多目标优化调度

为促进孤岛微网中可再生能源的消纳,减小负荷峰谷差。文中在孤岛微网中引入价格型需求响应,以微网运行成本最低和柴油发电机出力最少为目标,综合考虑功率平衡、抽水蓄能机组启停与工况转换等约束条件,构建了含风电、抽水蓄能和柴油发电机的孤岛微网多目标优化调度模型,并采用乌鸦搜索算法进行求解。仿真结果表明:在孤岛微网中引入价格型需求响应能有效削减负荷峰谷差,经济效益显著。与粒子群优化算法相比,乌鸦搜素算法在收敛速度和全局寻优的能力上具有明显优势。

模型参考自适应PID控制下的孤岛微网电压控制

为降低环境及负载波动等外界扰动对孤岛微网的影响,提升孤岛微网控制系统的性能,引入模型参考自适应PID控制方法。针对孤岛微网的单相和三相结构,设定某一参考模型,使系统受控输出与模型输出保持一致,但扰动的存在使得两者之间的误差不可避免。为补偿外界干扰带来的影响,通过自适应环节对参数进行在线调整,基于麻省理工学院MIT(Massachusetts Institute of Technology)律,逐步优化控制系统的性能指标并使其最小化,随后推导了Lyapunov稳定性。仿真研究表明,所提控制器在负载波动等干扰下具有较好的控制性能,满足孤岛微网系统对稳定性、鲁棒性和高精度控制的要求。

基于改进灰狼优化算法的孤岛微网系统容量优化分析

孤岛微网的日前调度安排对岛屿配电网的安全稳定运行意义重大。为了对孤岛微网的日前调度进行安排,更好地优化微网结构,文章针对含有光伏和抽水蓄能电站的孤岛微网进行建模分析,将光伏阵列数量、额定功率和抽水蓄能电站上水库的容积作为决策变量,等年值平均投资成本和负荷失电率为目标函数,使用Matlab对某岛屿的天气和负荷数据进行分析。为了使光电-抽水蓄能协同运行的效益最大化,采用灰狼优化算法求解微网模型。优化结果表明,灰狼优化算法在孤岛微网模型的容量优化问题中可以节约投资成本,实现环境友好型供电。

计及控制方式的孤岛微网供电可靠性评估

孤岛微网供电可靠性指标表征微网向用户提供持续供电的能力,掌握可靠性指标就可以对孤岛微网进行可靠性评价。为了分析不同控制方式对可靠性的影响,制定了3种控制方式;建立了风光功率时序模型和蓄电池两池模型(Kinetic Battery Model,KiBaM);分析了元件故障对微网运行状态的影响和基于位置及重要程度的负荷削减方法;采用序贯蒙特卡洛模拟方法抽样元件状态,确定故障元件;综合考虑电源出力的随机性、控制方式、元件故障、负荷削减方法和网架结构,提出了孤岛微网供电可靠性评估算法。最后,以一网架结构简单的微网为例,对其进行供电可靠性评估,算例结果证明了所提出算法的正确性。

基于分布式控制的孤岛微网经济调度方法

孤岛微网的经济运行越来越受到关注，针对目前孤岛微网集中式控制中存在的通信量大、通信成本高、控制器易受攻击和拓展性差等问题，本文提出了一种基于分布式控制算法的孤岛微网经济优化运行方法。该方法不需要中央控制器，仅需通过相邻微源之间交换各自的微增率，就能实现微网运行在经济最优状态，同时提高了系统的控制性能。最后本文通过Matlab仿真算例验证了算法在孤岛微网经济运行方面的鲁棒性，有效地解决了集中式控制中存在的通信信息量大、通信成本高等问题。

构网型与跟网型变流器主导孤岛微网阻抗稳定性分析及提升策略

以电力电子变流器为主导的100%新能源孤岛微网系统,由于其自身的低惯量、弱阻尼特性且缺少大电网稳定的频率和电压支撑,面临着更严峻的失稳风险。首先,文中针对无电网支撑且由逆变器主导的孤岛微网系统,基于谐波线性化建立了序阻抗模型,分析了无功环路及控制延时对阻抗特性的影响。然后,基于系统阻抗网络模型构建了Nyquist稳定判据,充分考虑系统参数对稳态工作点的影响,详细分析了系统稳态工作点和控制参数对微网系统稳定性的影响。基于系统稳定性分析结果,提出了一种适应系统工况变化的虚拟阻抗设计方法,显著提高了系统稳定性。最后,基于RT-LAB实验平台验证了理论分析的准确性。

孤岛微网中分布式储能SOC和效率均衡控制策略

在微网的运行中,不同储能电池的特性和初始状态不一致,会降低电池组间的功率分配精度。针对这一问题,提出了一种基于并联储能单元荷电状态(SOC)和充放电效率的储能均衡控制策略,以均衡电池差异和减少系统有功损失。所提方法采用分布式控制方式,将各分布式储能单元的SOC和充放电效率作为控制输入量,实时调整其输出功率,在满足系统功率需求的同时实现功率均分及并联储能单元间SOC和效率差异均衡。在此基础上,基于各储能单元SOC设计了均衡影响因子,采用两段法优化并联储能单元间SOC的均衡效果。通过MATLAB/Simulink仿真分析了所提控制策略在分布式负载变化、系统电源故障切除及有无均衡影响因子动态变化情况下的SOC均衡效果,仿真结果验证了所提方法的有效性和"即插即用"特性。

基于信息物理系统的孤岛微网实时调度的一致性协同算法

信息物理系统为孤岛微网的实时调度提供了新思路。该文给出孤岛微网信息物理系统的架构,基于此提出一种有功功率的实时调度模型,并以一致性理论为核心提出一种完全分布式协同算法。算法包含一致项和调整项两层控制,一致项采用带有自设权重的一阶一致性算法实现与邻居单元的信息同步,自设权重的系数矩阵可强化可控单元的作用,提高优化速度;调整项根据物理设备的实际运行情况计算反馈量进行实时修正,使结果满足各项约束条件。通过算例分析所提算法在不同环境和各种扰动下的收敛情况,证明了其有效性和鲁棒性。

孤岛微网系统柴发配置分析

微网技术是新能源及可再生能源并网发电规模化应用的有效途径,可在一定程度上解决孤立海岛或偏远地区的供电问题。利用柴油发电机作为孤岛型微网的主要能源支撑时,其型号选取、容量确定等因素均直接对系统的供电可靠性产生影响,并间接影响系统的经济性能。本文以某海岛孤岛型微网系统为例,提出了柴油发电机设备的优化配置方法。经研究分析表明,在兼顾考虑微网系统经济效益、可再生能源利用比例、污染物排放以及柴发寿命等因素的情况下,可得到具有最佳综合性能的柴发优化配置结果。

一种基于区内电池共享模式的主动配电网-孤岛微网协同经济调度策略

我国偏远地区通常采用主动配电网和孤岛微网相结合的方式供电。然而,当储能电池规模较小时,难以消解可再生能源出力随机性、波动性和反调峰特性影响,而规模较大时又影响经济性。另外,传统配网环网柜受五防联锁保护和备用间隔稀少等问题限制,无法为移动储能提供快速接入条件。近些年带支线快速插接功能新型开关设备为移动式储能的利用提供了物理基础。为此,本文提出一种基于区内电池共享模式的主动网-孤岛微网协同经济调度策略。首先,提出使用卡车转移区内电池、实现储能分时复用的构想,利用新型节点柜的快速插接功能,建立了车-储动态关联的时空转移模型。在此基础上,将调度周期扩展为48小时,并引入分布鲁棒优化评估可再生能源发电的不确定性,构建了主动配电网-微电网协同最优潮流模型。最后,基于IEEE 14节点的配电网和典型微网的算例表明,所提策略能够显著降低电网的运行成本,提高可再生能源和储能的利用率。本文为配电网和孤岛微网的经济运行提供了一个崭新的视角。

基于条件风险价值的风柴储孤岛微网经济风险评估

基于条件风险价值方法提出风柴储孤岛微网经济风险评估模型。对孤岛微网中风机与柴油发电机故障情况进行抽样,结合其出力分别建立可靠性模型;综合考虑储能放电深度和充放电次数对储能容量衰减的影响以及储能运行策略,建立储能系统可靠性模型;考虑微网内不同重要程度负荷停电造成的经济损失,采用条件风险价值方法定义经济风险严重度指标;采用蒙特卡洛模拟法求解严重度指标计算公式中的停电损失概率密度函数。以欧洲典型低压孤岛微网为例,对不同风机装机容量、负荷峰值、一般负荷容量占比以及置信度下的严重度指标进行分析,验证了该指标的合理性。

基于虚拟同步发电机的孤岛微网谐波抑制

在孤岛微网系统中,在传统控制策略下接入非线性负载时,系统会出现电压电流波形畸变,使电能质量降低。为此,提出一种新型综合控制策略。首先采用虚拟同步发电机(VSG)技术,其中虚拟励磁环节加入的端电压调节部分能够对系统引入虚拟阻抗和VSG固有的下垂特性造成的电压降进行补偿。然后通过采用三阶广义积分器交叉对消反馈网络提取逆变器输出的基波电流和相应次谐波电流,该方法既能实现滤波功能,又可达到带通效果。接着构造可变虚拟阻抗,完成谐波电压的补偿。最后在电压电流双环中的电压环采用多重谐振控制器抑制输出电压中的谐波。Matlab仿真和dSPACE实验验证了该方法的准确性。

孤岛微网虚拟同步发电机不平衡电压控制策略

在分析虚拟同步发电机带不平衡负载运行特性的基础上,提出改进的虚拟同步控制策略。在虚拟同步功率控制环后增加机端电压控制环,并在同步旋转坐标下对机端电压进行分序控制,实现机端电压三相平衡。利用虚拟阻抗对线路阻抗引起的负序电压降进行补偿,实现母线电压三相平衡。改进后的控制策略保留虚拟同步发电机的特性,实现孤岛微网虚拟同步发电机带不平衡负载时母线电压三相平衡,提高虚拟同步发电机供电质量。通过仿真及实验验证所提控制策略的正确性及有效性。

计及分类需求响应的孤岛微网并行多目标优化调度

孤岛微网优化调度中的源荷协调性非常重要,却常被忽视。针对孤岛微网的运行特点,计及分类负荷需求响应,构建了以系统运行成本及污染排放最小化为目标的微网源荷协调多目标优化调度模型。并引入多核并行运算环境和多种群并行交叉变异机制,构建新型的并行多目标微分进化(PMODE)算法对模型进行高效求解,以调和常规智能算法寻优深度和速度间的矛盾。结合应用结果分析了分类负荷发生转移及削减前后对微网内各分布式电源的出力影响和负荷的峰谷调整状况。表明所提出的孤岛微网源荷协调优化调度模型可有效实现节能减排和提升风光消纳率,并验证了PMODE算法的优越性能。

孤岛微网信息物理系统可靠性建模与评估

为考察信息系统对微网可靠性的影响,从信息物理融合的角度提出孤岛微网可靠性建模与评估方法,更细致全面地刻画微网可靠性水平与运行风险。依据孤岛微网信息物理元件交互影响机理,基于马尔科夫过程理论建立了新的断路器元件三状态可靠性模型,为分析信息物理间接作用提供方法;考虑通信网络复杂性和冗余特征,借鉴传统通信网络利用关联矩阵和深度优先搜索评估连通性的方法,建立了基于连通性评价的信息系统可靠性模型;考虑孤岛微网优化运行状态对故障后果分析的影响,运用计及优化运行策略的系统状态生成方法,建立优化模型并求解。在此基础上,基于序贯蒙特卡罗模拟法,提出孤岛微网信息物理融合可靠性评估算法。通过对算例进行仿真测试,验证所提模型和方法的可行性和有效性,研究成果有助于推动微网可靠性评估的进一步发展。