基于直流电压动态修正的柔性多状态开关自适应下垂控制

为了满足配电网的多种互联需求,柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)已衍生出多种互联应用的技术形态,多端FMSS与双端FMSS相比更具经济性和可靠性,已成为研究热点。传统下垂控制通过改变直流侧电压实现不平衡功率的消纳,但直流侧电压的偏离会影响系统安全可靠运行。针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端FMSS系统,提出了一种改进型下垂控制策略,根据换流器消纳的有功功率实时动态改变直流电压的参考值和下垂增益,实现了直流电压的无偏差运行,既能避免换流站过载,又能解决不平衡功率消纳引起的电压偏离问题,提高了系统的稳定性。另外,由于MMC自身结构特性和PI参数整定困难,将传统的电流内环改为模型预测控制,并采用典型的二阶Runge-Kutta法对状态方程进行离散化,提高了控制精度。最后基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了四端FMSS系统模型,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。

基于LADRC的柔性多状态开关平滑切换策略

为实现多端口柔性多状态开关(flexible multi-state switches,FMSS)在所连馈线发生故障时的平滑切换,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的平滑切换策略,使用LADRC代替比例积分(proportional integral,PI)控制器的直流电压外环并设计解耦状态观测器以便控制器参数调节,引入内环电流指令值反馈以减小其在控制模式切换时的变化幅度,实现FMSS控制模式的平滑切换。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了馈线故障出现在PQ或UdcQ控制端口的连接处时,采用基于LADRC的平滑切换策略均可显著减小FMSS的直流电压偏移率,使端口有功功率过渡平滑,迅速恢复稳定,更好地实现了多端口FMSS控制模式的平滑切换。

基于递归径向基神经网络滑模的多功能柔性多状态开关控制方法

近年来,新能源和电动汽车的渗透比例逐渐增高,给配电网的潮流优化和电能质量治理带来严峻挑战。针对分布式电源的随机性和间歇性问题,设计一种基于递归径向基神经网络(RRBFNN)滑模的多功能柔性多状态开关(FMS)控制方法,在实现功率交互和多端单相接地故障柔性消弧的同时,增强FMS的抗扰能力。首先考虑扰动的影响,设计一种改进RRBFNN滑模控制方法,以克服传统滑模控制固有的抖振现象和对系统精确数学模型的依赖,并减小并网暂态冲击;柔性消弧控制采用微积分型滑模面,理论推导出0轴电压控制律,提高故障电流抑制率;进一步通过李雅普诺夫定理证明所设计方法的稳定性和收敛性。最后,在Matlab/Simulink中搭建三端口FMS及其控制系统的仿真模型,通过对比仿真验证了所提策略的可行性和有效性。

柔性多状态开关参数辨识无差拍控制

柔性多状态开关(SOP)作为一种多功能性的新型电力电子装置,既能够优化配电网中的潮流,又能够优化电压分布。文中先推导了SOP的数学模型,针对多端口SOP传统PI双环控制的PI参数较多,且整定比较困难的缺点,利用无差拍控制设计电流内环,从而减少PI控制器的数量,简化控制电路的设计。针对无差拍控制对滤波电感较为敏感,抗电感参数摄动能力差的缺点,加入参数辨识环节,对系统参数进行跟踪估计,提高无差拍控制的鲁棒性。然后就基于参数辨识的无差拍控制对各端口的U dc Q、PQ以及U ac f控制模式进行算法实现。通过在MATLAB/Simulink中进行仿真实验,验证了所提控制算法的可行性。

三端口柔性多状态开关有限集模型预测控制

柔性多状态开关(SOP)作为一种新型电力电子装置,可提升配电网运行的灵活性与稳定性。SOP通常采用双闭环控制策略,对于三端口SOP而言共需12个PI调节器,控制结构复杂。因此,本文提出一种基于有限集模型预测控制(FCS-MPC)的三端口SOP的内环电流控制方案。该方案无需PI调节器整定且控制灵活,易于实现。建立了三端口SOP的数学模型,分析其工作原理;接着分析了FCS-MPC和双闭环控制的工作原理;在稳态运行条件和动态运行条件下,用Matlab/Simulink对基于FCS-MPC的SOP的运行情况进行仿真,对比分析了双闭环控制和FCS-MPC时的负载电流响应速度。结果表明:FCS-MPC在电流波动时具有更快响应速度,在稳态时具有更好的稳定性和抗干扰性,验证了所提方案的优越性及有效性。

基于柔性多状态开关的交直流配电网有功-无功优化调度

交直流配电网作为主动配电网的重要发展方向,协调其有功-无功资源以改善系统运行特性具有重要研究价值。首先,以基于多端柔性多状态开关(SOP)的交直流配电网为研究对象,计及储能、柔性负荷、SOP、光伏逆变器等关键设备运行约束,以及削峰填谷和电压偏移约束,构建了以运行成本最小为目标的交直流配电网有功-无功调度模型。然后,为适应光伏出力的随机性,构建了数据驱动的两阶段随机-分布鲁棒优化模型,并基于列与约束生成算法进行求解。最后,采用72节点和38节点交直流配电网作为算例,验证了模型的有效性。

共用模块的柔性多状态开关新型调制方法

柔性多状态开关作为取代传统机械开关的新型电力电子设备,具有响应速度快、潮流可控等优势。针对新型具有共用模块的级联型H桥变换器柔性多状态开关拓扑,简化其结构的同时节省部分模块,但是传统控制方法不再适用,因此文中提出新的适用于共用模块的类方波调制方法。首先根据具体工况计算出共用模块的调制波,然后协调计算得出非共用模块的调制波,实现对新型拓扑所有模块的调制。类方波调制在方波调制的基础上加入零电平时间,减小过零点时共用模块电压瞬时变化值,同时可以通过协调零电平时间与相位关系,使调制波的相位可变,避免非共用模块过调制。文中搭建共用模块柔性多状态开关拓扑的三相实验平台,验证了类方波调制策略的正确性和有效性。

基于柔性多状态开关和动态重构的配电网灵活运行方法

未来电动汽车(electric vehicle,EV)以及光伏(photovoltaic,PV)在配电网中的接入比例逐渐增高,这不仅带来了复杂的不确定性问题,而且导致了配电网净负荷时空分布的不均衡,从而产生了弃光、失负荷以及潮流分布不均匀的问题。基于此,考虑电动汽车充电负荷以及光伏的不确定性,提出了一种基于柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMS)和动态重构的含高比例电动汽车-光伏配电网灵活运行方法。首先,基于FMS灵活功率调控和网络动态重构,构建了支撑高比例电动汽车-光伏接入的配电网灵活运行框架。其次,利用蒙特卡洛随机模拟法对各类电动汽车充电负荷以及光伏出力进行不确定性建模,建立了基于场景集以及场景缩减法的随机规划模型。然后,建立了以弃光、失负荷、FMS损耗、网损成本最小和负荷均衡度最优为目标的配电网灵活运行模型。最后,在158节点系统上通过算例验证了所提方法的有效性。

柔性多状态开关全阶终端滑模控制

文中以三端口柔性多状态开关(soft open point,SOP)为研究对象,建立考虑参数摄动的SOP数学模型,并基于虚拟控制技术,提出一种全阶滑模控制方法以增强系统的抗干扰能力。母线电压控制系统由母线电压与电流两个反馈回路构成,其控制器均采用全阶滑模(full-order sliding-mode,FOSM)控制方法设计以增强系统的动态性能和对参数摄动的鲁棒性。基于虚拟控制技术设计的外环控制器能完全补偿由参数摄动引起的非匹配不确定性干扰,设计的积分型控制律完全消除了滑模抖振,保证电流给定信号完全平滑。有功功率与无功功率控制器设计均采用全阶终端滑模(full-order terminal sliding mode,FOTSM),保证目标功率精确跟踪的同时,减小了输出功率脉动。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP的仿真模型,仿真结果验证了在SOP系统参数摄动情况下所提控制算法的有效性和优越性。

基于一致性算法的柔性多状态开关集群控制策略

在“双碳”目标推动下,新能源设备在配电网的渗透速度明显加快,需要对配电网运行优化控制策略进行更加深入的研究。柔性多状态开关(SOP)作为一种兼具可实现馈线间功率平滑控制的新型设备,能促进馈线负载均衡,应对配电网功率波动频繁的问题。首先,文中引入一致性算法,结合SOP与配电网馈线容量特点提出考虑智能体拓扑变化的加权平均一致性算法。然后,建立配电网SOP集群控制数学模型,提出基于一致性算法的SOP集群控制策略,实现全局范围内SOP集群的协同趋优,提高配电网馈线均衡度。最后,通过改进的IEEE 33节点配电系统算例验证了所提控制策略的有效性。

含储能的多端口柔性合环开关协调控制研究

随着光伏和风能等可再生能源在柔性配电网中的比例不断提高,可再生能源发电的间歇性输出给电力系统带来了不稳定性与波动性。现有的柔性合环开关因为硬件参数和容量限制,无法应对负荷超容量波动带来的频率超限及潮流转移造成的电网开路问题。因此,有必要将柔性合环开关与储能技术相结合,构建新型柔性互联配电网,对带电池储能系统的多端口柔性合环开关设计相应的控制策略。首先,对于硬件参数不同和工作状态差异造成的储能单元荷电状态(state of charge,SOC)不均衡,设计自适应的SOC均衡控制策略。其次,对负荷大波动和稳压侧开路故障,设计切换策略以调节电网频率并进行短时直流电压支撑,确保下级负荷的稳定运行。最后,利用基于MATLAB/Simulink平台的仿真模型和RTLAB硬件在环平台验证了所提协调控制策略的有效性和实用性。

基于混杂系统建模的柔性多状态开关控制策略

柔性多状态开关(soft open point, SOP)与传统联络开关相比功能更多,响应速度更快,是实现电力网络柔性互联的重要装置之一。SOP中开关器件的存在使系统运行状态在连续系统和离散系统间来回切换,提出对SOP采用更为合适的混杂系统模型进行建模控制。首先对各端口的8种开关模态进行分析,然后将1个工频周期分为12个子区间,通过系统连续状态量和各开关模态的关系推导出各子区间内开关模态的切换规则,依据切换规则设计了离散控制器,根据连续状态量相互之间的转换关系设计了连续控制器,综合得到了各端口在不同运行模式下的混杂控制器,最后在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,通过与传统建模控制方法的仿真对比,验证了所提方案的有效性。

基于模糊线性自抗扰的柔性多状态开关控制研究

为抑制系统干扰对三端口柔性多状态开关(FMSS)直流侧电压的影响,提出了一种基于模糊线性自抗扰控制(LADRC)的三端口FMSS控制策略。首先,根据LADRC算法设计出LADRC控制器来替代电压外环和电流内环中的PI控制器,以此增强系统的抗干扰性能;其次,通过模糊控制改进电流内环的LADRC控制器,从而得到一种用于干扰抑制的模糊LADRC控制器,实现控制器参数可随扰动实时变化,以达到抑制干扰的目的;最后,在MATLAB/Simulink中建立三端口FMSS仿真模型,对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,与采用LADRC控制策略相比,所提控制策略具有更好的抗干扰性能和稳定性,能有效地抑制FMSS直流侧电压波动。

基于MMC的四端口柔性多状态开关虚拟同步裕度控制

柔性多状态开关(Flexible Multi-State Switch,FMSS)是一种取代传统点断式开关应用于现代配电网的新型电力电子设备,能够优化现代配电网分布式电源的消纳和调控。相比于传统背靠背型柔性多状态开关,四端口柔性多状态开关可实现不同电压等级和不同区域网的柔性互联及潮流互济。以模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)为基础的四端口FMSS装置为研究对象,针对常规控制策略影响系统频率稳定性,无法对弱交流电网提供频率支撑等问题,引入虚拟同步控制(Virtual Synchronization Control,VSC)策略。该方法使柔性多状态开关具备惯性响应特性和调频能力,在此基础上提出直流电压裕度控制,形成整体的虚拟同步裕度控制,确保直流母线电压发生故障或扰动下FMSS的可靠运行。最后,通过Matlab/Simulink搭建四端FMSS模型,利用仿真验证所提控制策略的可行性。

基于无变压器型电压源换流器的柔性多状态开关零序抑制策略

无变压器型柔性多状态开关(FMS)具有设备紧凑化、高效化等特点,但由于缺少隔离变压器,存在故障后供区间的零序分量交互传递叠加、相互影响等问题。文中首先对无变压器型两电平电压源换流器(VSC)的回路特性进行了分析,并在此基础上利用对称分量法建立了正序、负序和零序系统,揭示了交直流系统间零序分量传递的原因和关键要素。然后,基于理论分析结果,从直流波动抑制和交流零序抑制两方面入手,提出了故障端和非故障端VSC的两种零序抑制策略。最后,在PSCAD/EMTDC内建立了一个两端背靠背型FMS仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,以及两种零序抑制策略的有效性。

单相共用模块型柔性多状态开关研究

柔性多状态开关(FMS)作为一种新型电力电子装置可连接不同配电网,实现调节功率传输的功能。基于级联型H桥柔性多状态开关(CHB-FMS)提出了一种单相共用模块型柔性多状态开关(SMFMS)拓扑。CHB-FMS模块由整流、隔离及逆变三级构成,新拓扑运用模块共用思想,共用模块仅保留整流级,可节省大量的全桥子模块与DC/DC隔离单元,有效降低了FMS的体积与成本。同时研究了SMFMS拓扑工作原理,建立其数学模型,研究参数设计方法,推导电压、功率控制方程,并提出模块均压策略。最后搭建了由2个模块组成的500 WSMFMS原理性实验样机,进行了不同相位下功率传输以及功率跳变实验,验证了所提拓扑及其控制策略的可行性。

基于柔性多状态开关互联的配电网平滑转供策略

配电网主要以“闭环设计、开环运行”为主,一旦上级馈线发生故障,就极易造成分布式电源脱网和负载停电,影响配电网安全稳定运行。针对传统基于交流联络开关的配电网转供方式难以避免短时停电和转供冲击的问题,提出一种基于柔性多状态开关(Flexible Multi-State Switch,FMSS)互联的配电网平滑转供策略,建立FMSS互联配电网转供模型,设计ESS协同FMSS的配电网平滑转供控制策略,FMSS由并网模式的恒功率控制切换至离网模式的恒频恒压控制,ESS采用全过程下垂控制,平抑切换过程中的频率电压波动。在PSCAD/EMTDC建立基于柔性多状态开关互联的配电网模型,对比无ESS和无平滑手段的方式,验证所提策略平抑转供冲击的有效性。

柔性多状态开关应用场景分析

随着配电网负荷、分布式能源及电动汽车的快速增长,传统的配电网结构与调控方式面临巨大挑战,馈线功率失衡、变压器重过载、城市输配电增容困难等问题日益突出。配电网柔性多状态开关技术为解决上述问题带来了可能。文中以配电网区域柔性互联典型应用场景为切入点,分析了柔性多状态开关适用的不同应用场景,研究了不同应用场景下柔性多状态开关的应用背景和优势,并对典型应用场景下功能需求、技术支撑情况、示范应用以及研究难点进行了分析,给出了不同应用场景面临的关键问题和挑战,并展望了柔性多状态开关未来的研究方向。

柔性多状态开关新型复合控制策略

分布式电源的大量接入和电动汽车的快速普及成为现今配电网面临的双重挑战,同时当前配电网普遍存在闭环设计、开环运行的现象,导致配电网内馈线功率失衡现象严重。为解决上述问题,文中研究了用于配电网馈线互联的柔性多状态开关控制技术。基于柔性多状态开关接入方式和拓扑分析,分析了柔性多状态开关与两侧馈线进行功率交换的原理。然后提出了一种新型复合控制策略,直流母线电压由所有变流器共同控制,能够实现装置同时独立进行有功潮流调节和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型和原理样机实验平台,进行了配电网两条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。仿真和实验结果显示,所提出的控制策略有效可行。