基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

新能源场站快速有功控制及频率支撑技术综述

以光伏/风电为代表的新能源高比例并网降低了电力系统的惯量水平和频率支撑能力,频率稳定问题成为当前电网安全稳定和新能源高效消纳的核心问题之一。发展新能源发电并网机组单元和场站的快速有功频率响应和主动支撑能力是当前的研究热点。该文以“单机快速有功控制-场站快速有功控制-场站快速频率支撑”为主线,梳理光伏/风电的快速有功控制及频率支撑发展现状,分析频率检测、通信延时和控制响应模式等因素对光伏/风电场站频率响应快速性的影响,指出风电机组的机械载荷约束、风电场百毫秒级有功控制、场站的调频响应模式选择和优化、暂态有功无功协同控制是提升新能源发电单元和场站的快速有功频率响应能力的4个关键问题,最后对未来的重点研究方向进行展望和讨论。

基于频率超前校正的VSG并联系统有功振荡抑制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在外界扰动时存在的有功暂态振荡问题,提出一种基于频率超前校正的VSG并联系统有功振荡抑制策略。首先,建立VSG并联系统有功环小信号模型,分析负载功率突变时的VSG有功振荡机理。然后,基于微分超前校正思想并结合VSG有功环控制结构,将有功功率反馈至频率偏差之上,从而增大系统阻尼程度并抑制VSG并联系统有功暂态振荡。接下来,建立改进型VSG并联系统状态空间模型,通过根轨迹分析系统动态响应性能。最后,通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了该方案能够有效抑制VSG并联系统有功暂态振荡,并且不影响其稳态有功特性。

基于电阻变化率和有功功率的混合孤岛检测方法

为解决传统检测方法阈值设置困难、对电能质量影响大的问题,提出一种基于电阻变化率和有功功率扰动相结合的混合孤岛检测方法。电阻变化率作为被动方法,该特征量在孤岛后可快速响应,有功功率扰动模块仅在被动方法怀疑孤岛时开启,自适应注入能使公共耦合点电压越限的最小有功功率。仿真结果表明,该方法可快速正确地检测出孤岛,即便在非孤岛情况下也不会发生误判。

考虑风电不确定性和储能灵活性的有源配电网有功无功协同鲁棒优化

提出考虑风电不确定性和储能灵活性的有源配电网有功无功协同鲁棒优化方法。首先建立计及储能四象限功率可调特性的有源配电网有功无功协同优化模型;其次给出储能约束条件和交流潮流方程的线性化表征方式;然后利用盒式集描述风电出力的不确定性,建立有源配电网有功无功协同鲁棒优化模型,并通过对偶变换得到混合整数线性规划形式的两阶段鲁棒主、子问题,采用列约束生成算法交互迭代求解;最后以IEEE33节点系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法能够克服模型高度非凸非线性对其收敛精度和求解效率的影响,充分利用储能的无功调节能力,实现有源配电网有功无功协同鲁棒优化运行。

基于疲劳分布的风电场有功优化调度策略

针对风电场中存在风电机组之间疲劳不均匀而导致部分机组寿命提前衰减的问题,提出了一种基于疲劳分布的风电场有功优化调度策略。该方法以有功功率分配为研究对象,综合考虑疲劳载荷和尾流效应的影响,根据风电机组的功率预测信息和疲劳系数的功率参考值进行权重组合再分配,采用自适应遗传算法寻找最优权重系数。仿真结果表明,本文所提方法能够在完成上级调度指令跟踪的同时,均匀场内风电机组疲劳程度,降低疲劳载荷,减少风电场运维成本。

计及光伏波动性的主动配电网双层有功无功协调优化

针对含有高比例分布式电源的配电网在源荷不确定性和协调多种无功补偿设备等方面存在的问题,提出一种主动配电网双层有功无功协调优化策略。该策略首先针对离散型出力的有载调压变压器和电容器组,以网损和电压偏差为目标,建立上层优化模型;其次,下层优化模型通过储能出力平抑光伏的有功波动,同时通过调整静止无功补偿装置、光伏逆变器弥补光伏并网点的无功缺额,以配电网的有功波动和光伏并网点的电压偏差为目标,并采用改进的多目标粒子群优化算法求解该模型;最后,通过IEEE 33节点算例验证所提策略的有效性。该优化策略不仅提高了有功与无功的协调性,且实时性强,不依赖精准的设备控制,使配电网的经济性和可靠性得到提升。

提高储能VSG并网有功响应性能的暂态阻尼策略

储能虚拟同步发电机(VSG)的并网有功在有功指令与电网频率2种扰动下存在动态超调与稳态偏差。提出有功微分反馈补偿(ADFBC)和有功微分前馈补偿(ADFFC)2种暂态阻尼策略,并在分别建立典型VSG、ADFBC和ADFFC 3种策略并网有功闭环小信号模型的基础上,给出了相应的参数设计方法。仿真和实验对比结果均验证了所提ADFBC和ADFFC暂态阻尼策略可有效提高储能VSG并网有功响应,在2种扰动下其并网有功既无动态超调又无稳态偏差。

基于有功分数阶微分校正的储能VSG并网有功响应策略

为了解决在有功功率指令、电网频率2种扰动情况下储能虚拟同步机(VSG)并网有功难以兼顾良好的动态特性和稳态性能的问题,提出了一种基于有功分数阶微分校正的VSG(AFDC-VSG)并网有功响应优化控制策略。分别建立典型VSG、AFDC-VSG这2种控制策略的并网有功闭环小信号模型,并给出相应的参数设计过程。利用MATLAB/Simulink仿真软件对比分析不同控制策略在2种扰动下储能VSG的并网有功响应特性,并建立储能VSG并网系统的实验平台。仿真和实验结果共同验证了所提AFDC-VSG策略在优化储能VSG并网有功响应性能方面的有效性与优越性。

风电机组附加有功控制参数对系统低频振荡的影响

附加有功控制环节使风机参与至同步机的机电振荡模式中,这使得系统功率振荡特性机理更加复杂,不利于附加有功控制环节的参数设计。为了研究风机附加有功控制对系统稳定性的影响,首先建立了考虑锁相环特性的风机与同步机动态作用的小信号模型;然后基于该模型利用阻尼转矩法分析了风机附加有功控制对系统振荡稳定性的影响机理,并提出了综合考虑系统等效惯性时间常数和阻尼比的附加有功控制环节系数设计方法;最后通过“10机39节点系统”的仿真结果量化分析了各系数对系统低频振荡稳定性的影响规律。结果表明,合理设置风电机组附加有功功率控制系数、滤波时间系数和锁相环带宽均能提升系统频率稳定性;理论分析的正确性也得到了验证。

基于“先无功–后有功”功率补偿的配电网电压协同控制策略

整县分布式光伏电源的大量开发与利用及分布式电源规模化并网对实现“碳达峰、碳中和”与“乡村振兴”两大国家战略具有重要的现实意义。由于分布式电源发电尖峰和低谷阶段与负荷峰谷时常不同步,进而导致配电系统过/欠电压问题,严重影响了电能质量,甚至威胁系统安全。针对上述问题,本文提出一种基于“先无功–后有功”功率补偿的配电网层级式电压协同控制策略。首先,建立基于“先无功–后有功”功率补偿的配电网层级式电压协同控制框架。其次,结合多微电网节点注入电流与电压的方程与功率–电压灵敏度分析,根据多节点电压越限程度,提出一种基于“先无功–后有功”功率补偿的多智能体协同调节策略,该策略先通过无功补偿器进行无功调节,当电压尚未得到有效治理时,再采用多微电网进行有功调节。再次,为了进一步满足各节点微电网有功功率调节需求,并考虑电网内部源–荷–储运行成本与污染排放,提出一种基于多目标优化的微电网内部分布式源–荷–储优化协调功率控制策略。最后,在MATLAB平台中设计了3种仿真场景以及IEEE测试系统模型对所提控制策略进行了验证。结果表明,所提出的电压协同控制方法在最经济的情况下可以实现各节点电压的综合高效治理,同时,所提出的微电网优化协调功率控制策略能使源–荷–储在绿色经济的供电模式下实时精准地满足电压治理目标下微电网有功调节的需求。仿真实验结果验证了本文所提控制策略的有效性。

储能VSG并联组网系统的有功振荡特性分析及其改进策略

储能虚拟同步机(VSG)通过模拟同步发电机的转子运动方程,使得储能变换器具备一定的惯量支撑能力,但不可避免地引入有功动态振荡等问题,特别是在储能VSG并联组网系统(ESVPNS)中该问题更为突出。为此提出一种抑制ESVPNS有功动态振荡的有功前馈补偿改进控制策略,利用包含虚拟惯量与一次调频参数的一阶低通滤波环节构造有功前馈项,通过调节前馈参数提升ESVPNS抑制有功动态振荡的能力,在既不依赖通信又无需微分运算的前提下,不影响ESVPNS有功的稳态均分效果。建立包含有功前馈环节的ESVPNS小信号数学模型,并详细给出前馈参数的设计过程。MATLAB/Simulink仿真对比结果验证了所提控制策略的有效性与优越性。

考虑柔性资源灵活支撑的电网有功/无功优化调度

电气化交通是交通电力耦合的重要场景,大规模电动汽车接入对于电力系统的有功/无功调度具有重要影响。提出了一种考虑电动汽车有序充电无功支撑的配电网有功/无功优化方法。首先,基于电动汽车充电特性,建立电动汽车有序充电功率控制模型,实现电动汽车并网接入的有序充电控制;其次,构建结合用户侧和电网侧因素的电动汽车有序充电无功支撑双层优化模型,实现电动汽车与电网间的有功/无功功率交互;最后,通过仿真验证所提方法的合理性和可靠性。通过控制电动汽车有序充电的功率因素,能够大幅降低用户侧充电支出,同时还能有效改善电网负荷波动和降低网络损耗,为解决电动汽车大规模接入电网问题提供新思路。

基于均值-方差-偏度的配电网有功-无功随机模型预测控制

针对高比例具有不确定性的可再生能源接入对配电网安全经济运行带来的挑战,提出一种基于均值-方差-偏度的有功-无功随机模型预测控制协调优化策略。首先,在综合考虑有功和无功成本的基础上,基于Fish⁃er-z变换的拉丁超立方采样生成可再生能源出力场景集,进而构建表征不确定性下收益的期望-偏度模型和表征不确定性风险的方差模型。然后,建立权衡收益和风险的三阶近似矩效用函数,提出基于均值-方差-偏度的有功-无功随机模型预测控制协调优化框架。最后,基于线性化潮流方法对所提模型进行线性化处理,在改进的IEEE-37节点系统进行仿真验证。结果表明,所提策略能够有效应对可再生能源不确定性对配电网经济运行与电压质量的影响。

考虑机组疲劳载荷的风电场快速有功功率分配方法

为抑制风电场参与系统调频过程中风电机组的疲劳载荷,提出一种风电机组与风电场相协同的快速有功功率分配方法。首先,推导了风电机组轴系和塔架2个自由度的疲劳载荷表达式,建立起风电机组疲劳载荷与有功出力变化之间的关系。其次,以风电场总疲劳载荷及其站内分布最小为优化目标,以站内机组调整功率之和与场站调频功率需求一致为约束,在保证风电场调频性能的同时降低风电机组的疲劳载荷。此外,采用风电机组控制器滚动计算自身的疲劳敏感度系数,采用风电场控制器调用商业求解器在线求解优化策略,确保调频过程中有功控制的实时性。最后,搭建了含20台5 MW双馈风电机组的算例系统,验证分析了所提策略的有效性。

基于重合相有功功率的配电网永久性故障识别方法

针对盲目重合于永久性故障会给配电网带来二次冲击等问题,提出一种基于重合相有功功率的配电网永久性故障识别方法。首先,建立了配电网分相重合时的分析模型,推导了不同中性点接地方式下瞬时性和永久性故障时的重合相有功功率表达式,得到了不同故障性质下有功功率的差异;其次,构建了基于有功功率的永久性故障识别判据,分析了过渡电阻、负荷大小等因素的影响,得到了所提方法在不同中性点接地方式系统中的适用范围并提出了分相重合策略;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析正确,以及所提永久故障识别方法耐过渡电阻能力较强。

换相失败期间送端系统暂态有功建模及其支撑策略研究

针对逆变侧交流故障导致换相失败期间送端系统所遭受的有功冲击问题,首先,基于换相失败期间直流等值电路明确了换相失败后整流器有功波动的主导因素,并计及换相失败期间直流电压的波动特性分析了整流侧各电气量与控制量的响应机理,从而确定了整流侧各直流电气量与控制量暂态响应与送端系统传输有功极值时刻之间的关系。其次,基于换相失败期间的拉氏运算电路,推导建立了换相失败后送端系统各电气量的时域表达式,实现了整流器的暂态有功建模。通过划分时间区间对低压限流环节进行优化改进,利用直流电流时域表达式补偿直流电流指令值,提出了基于传输有功暂态极值时刻的有功支撑策略。最后,PSCAD与CIGRE-HVDC的仿真结果验证了理论分析的正确性与有功支撑策略的有效性。

基于安全深度强化学习的电网有功频率协同优化控制

可再生能源占比不断增加给互联电网频率控制带来严峻考验.由于常规的自动发电控制(AGC)策略没有考虑电网潮流安全约束,所以传统方法根据专家知识和经验进行尝试性发电机功率调整,需耗费较多时间;基于最优电力潮流的互联电网AGC优化模型由于非凸性和大规模性,求解时间较长且存在收敛性问题.鉴于常规深度强化学习具有“离线训练、在线端对端形成策略”的优点,但在动作探索过程中无法保证系统安全性,提出一种基于安全深度强化学习的电网有功频率协同优化控制方法.首先,将电网频率控制建模为约束马尔可夫决策过程,对决策过程添加相关安全约束进行智能体设计;然后,基于华东电网实际系统算例对智能体进行训练和性能提升;最后,对比智能体决策与常规AGC策略效果.结果表明:所提方法在多种运行方式下可快速生成有功频率控制策略,且保证系统频率恢复过程中电网的安全性,可辅助调度员在线决策.

基于安全强化学习的主动配电网有功-无功协调优化调度

提出一种基于离线策略的安全强化学习方法,通过离线训练大量配电网历史运行数据,摆脱了传统优化方法对完备且准确模型的依赖。首先,结合配电网络参数信息,建立了基于约束马尔可夫决策过程的有功无功优化模型;其次,基于原始对偶优化法设计了新型安全强化学习方法,该方法在最大化未来折扣奖励的同时最小化成本函数;最后,在配电系统上进行仿真。仿真结果表明:所提方法能够根据配电网实时观测信息,在线生成满足复杂约束条件且具有经济效益的调度策略。

基于阻尼功率调整的虚拟同步机有功功率控制方法

针对虚拟同步机控制技术中阻尼系数的引入无法同时抑制输出有功的暂态震荡和稳态偏差的问题,提出了一种基于阻尼功率调整的虚拟同步机有功功率控制方法。首先分析了常规虚拟同步机有功功率控制存在的主要问题,然后在常规控制策略中增加了一个比例积分控制器,用于调整阻尼功率,使暂态阻尼功率不为零,实现有功功率震荡和超调的抑制,同时使稳态时阻尼功率为零,实现有功功率稳态偏差抑制。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提方法的有效性。