基于定频MPC的飞跨电容储能双向直流变换器低频波动功率抑制策略

为抑制直流母线低频波动功率对储能系统的影响,以飞跨电容双向直流变换器为研究对象,提出基于单目标定频模型预测控制(model predictive control,MPC)低频波动功率抑制策略。为降低传统MPC算法的运算负荷,通过对变换器数学模型进行分析,提出一种单目标定频MPC控制算法。该算法仅需通过电感电流单目标约束函数,即可实现对系统电流及双端飞跨电容电压的控制,无须对两端飞跨电容电压进行独立寻优,极大地降低了计算量。为实现对储能系统低频波动功率的抑制,引入低频波动功率抑制算法,通过与所提MPC算法的融合,使最终控制方案能够在实现储能控制目标的前提下,具备低频波动功率抑制能力,且保持良好的动态性能。通过搭建小功率实验平台对所提控制策略的有效性进行了验证。

基于混合储能的风力发电系统功率波动抑制分析

现阶段,社会与企业在实际进行发展建设的过程中,对于电力资源的需求逐年增加,生活以及学习也需要充足的电力资源的支持,因此我国根据当前国情,建立了大量的发电厂。但是目前生态环境污染问题日渐加剧,因此越来越重视风力发电,现在风力发电系统已经逐渐参与到电力系统的运行中,发挥着重要的作用和价值。在混合储能的影响下,风力发电系统在实际运行的过程中,功率会发生一定的变化,产生波动,而这对输电质量造成了严重的不良影响。因此,相关研究人员进行了深入的研究和分析,根据实情制定相应的抑制策略。

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

航天器自主热控功率波动抑制方法

在现有智能化卫星综合电子系统的基础上,针对自主热控功率波动问题,文章提出了一种航天器自主热控功率波动抑制方法。该方法将自主热控划分为温度采集、占空比控制、功率波动控制、回路开关控制共4个步骤。通过智能功率驱动芯片实现了短时间内批量切换加热回路通断状态。在此基础上,以控温周期为单位实现了对各加热回路的矩阵式占空比控温。通过调整控温周期内加热器开关矩阵分布,抑制自主热控过程中的功率波动。经地面试验验证,本文设计的方法在满足热控需求的基础上,降低了自主热控过程中出现的峰值功率,并对各控温周期间和控温周期内的功率波动起到了良好的抑制作用,已在多颗智能卫星上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。

基于混合储能的风力发电系统功率波动抑制策略研究

随着经济的飞速发展,人们对电能的需求越来越大,风力发电系统也因此逐步参与到电力系统的运行中。由于风力发电系统的功率波动会对输出的电能质量造成影响,因此必须采取有效措施对其进行抑制。本文基于一阶滤波器法提出了功率波动的抑制策略,通过一阶滤波器实现了波动功率的分解,并分别对高频分量和低频分量进行了处理,从而实现了对功率波动的有效抑制。通过实际试验验证表明,本文所提出的控制策略能够有效实现对风力发电系统功率波动的抑制,能够保证风力发电系统的安全、稳定、可靠运行。

功率波动抑制的电池储能系统

通过电池储能系统来实现功率波动抑制在电能生产和电能质量提高中的应用越来越广泛。该文采用坐标变换和解耦控制的方法,实现了平滑风电场并网功率输出的目的,提高了风电的可调度性。最后通过MATLAB仿真对该方法进行了验证。

基于MMC-BESS的风电场功率及电压综合调节策略

风电并网存在功率及公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)电压波动问题,常规方法为采用储能装置与无功补偿装置分别进行调节,但会导致系统结构复杂。文中研究了一种基于模块化多电平变换器拓扑的电池储能系统(Modular Multilevel Converter Based Battery Energy Storage System,MMC-BESS),可对风电场功率及电压进行综合调节。由于风速的随机性导致风电场输出功率波动,提出将风电场有功功率输入到一阶低通滤波器中,滤波器输出与输入的差作为MMC-BESS有功参考信号,以平滑风电场并网功率。由于风电场负荷突变导致PCC电压波动,提出将PCC电压的d轴分量与额定值作差,通过PI调节生成无功参考电流,实现PCC电压调节,在模拟风电场场景下进行实验,实验结果验证了风电场中MMC-BESS四象限功率补偿能力。

电–热联合微网中分布式可再生能源功率波动平抑策略

为提高电–热联合微网消纳可再生能源出力的能力,提出一种深度平抑可再生能源出力波动的热泵–混合储能协同控制策略。分析电–热联合微网的结构特点与能量流控制交换方式,将热泵作为电–热能量转换元件,基于其运行特性建立电–热能流交换模型。功率波动平抑采用模块化分层结构,功率波动优化控制层考虑热泵与混合储能的运行状态,使用模糊控制对可变滤波时间系数进行调整,实现热泵与混合储能分别平抑功率波动中的低频和中高频成分;热供应协调控制层考虑终端用户的用热需求,对热泵出力分量进行修正。算例结果表明该策略能够实现电、热能量流的优化协调,保证功率波动平抑效果,同时提升电–热联合微网控制灵活性与互补经济性。

基于虚拟储能的综合能源系统分布式电源功率波动平抑策略

针对含分布式可再生能源的热电联供综合能源系统,提出一种基于虚拟储能技术的热电联供综合能源系统联络线功率波动平抑策略。分析了综合能源系统中热电联供系统的结构特点与电热耦合方式。热电联供综合能源系统中的可控设备包括微型燃气轮机、热泵、蓄电池和超级电容。虚拟储能系统是基于建筑物蓄热特性的模型。引入可控设备及虚拟储能系统状态指标,采用加权滑动平均滤波算法确定联络线目标平滑功率;将联络线波动功率在可控设备间分配,并基于设备状态映射表,引入设备修正系数以确定其最终出力。在上海某高校“中意绿色能源实验中心”进行验证,结果表明,所提策略能够实现电热耦合协调,保证功率波动平抑效果,在满足虚拟储能状态约束的前提下,保证客户的舒适度,延长可控设备的使用寿命,并充分发掘热电联供综合能源系统的控制灵活性,增强分布式可再生能源的综合消纳能力。

风光储出力波动抑制策略

针对风光互补后出力波动性影响并网安全的问题,提出一种基于自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEMDAN)的混合储能平抑功率波动的方法。首先,采用CEEMDAN算法进行多尺度分解风光输出功率信号,将低频信号进行并网处理,次高频和高频功率信号由储能装置进行吸收平抑。其次,提出一种基于模糊控制的储能装置平抑功率再分配的控制策略,实现对蓄电池和超级电容平抑功率的合理分配,防止储能装置的过充电和过放电,达到储能装置安全运行的目标。最后,仿真结果证明了该控制策略的有效性,该控制策略能够实现风光互补后平滑并网的目标。

集成嵌入式储能的双馈风力发电系统功率控制

风能输出功率的波动性和间歇性源于原动力风的自然特性,其接入系统会给电网稳定性和电能质量带来不利的影响。结合双馈发电系统采用背靠背变流器且具有直流母线的特点,提出一种基于嵌入式能量存储系统抑制风电出力波动的控制方法。该储能系统不仅电气上可嵌入双馈系统直流侧,而且物理上也可嵌入实际系统,其灵活的功率吞吐能力可依据风速变化补偿双馈发电系统输入电网的功率波动。设计了相应的控制策略,通过经典风力四分量模型和电网电压降落的仿真算例,对集成嵌入式能量存储的双馈发电系统的运行特性进行了仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑结构和功率控制策略能够很好地改善并网风力发电系统的电能质量和稳定性。

计及群控电热泵的微网联络线功率平滑策略

为有效平滑电-热联合型微网的联络线功率波动,提出一种基于电热泵和蓄电池的协同控制策略。考虑电热联合微网的运行特征及能量交互方式,基于电热泵的运行特性建立电-热能量转换模型。通过分析电热泵群优先度序列,计算电热泵群可运行数量与状态切换序号指针。考虑机组启停的调控限制,采用集群控制算法计算电热泵群开关序列。基于储能荷电状态以及电热泵实际出力状态,分别建立蓄电池、电热泵功率分配权函数,将联络线的波动功率在蓄电池与电热泵群间进行分配。算例结果表明,该策略能够通过电-热能量协同控制实现微网联络线功率平滑,同时提升电-热联合型微网的互补经济性与能量综合利用效率。

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。

不对称电网电压下VSC-HVDC模型预测直接功率控制

不对称电网电压下采用传统定义的瞬时有功和无功实现直接功率控制时,会产生较多的电流谐波,导致交流电流波形发生严重的畸变。为此,引入新型无功代替传统无功。对比了分别采用传统无功和新型无功时的区别,并定性分析了采用传统无功产生电流谐波的原因。基于有功和新型无功建立了三电平电压源换流器高压直流输电(high voltage direct current transmission based on voltage source converter,VSC-HVDC)功率模型,提出模型预测直接功率控制策略(model predictive direct power control,MPDPC),实现了不对称电网电压下有功和新型无功波动的有效抑制和直流侧电容电压平衡,并保证了良好的电流波形质量。基于新型无功的MPDPC可以适应对称和不对称电网电压,实现了功率的直接控制,避免了电压、电流的正负序分解和功率补偿策略。在PSCAD/EMTDC中搭建两端三电平VSC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。

计及虚拟储能的社区微网联络线功率平滑方法

针对以热电联供系统为主的社区微网联络线功率波动平抑问题,提出一种考虑虚拟储能技术的社区微网联络线功率波动平抑方法。通过分析社区微网中热电联供系统的结构特点与电热耦合方式,基于热泵、微型燃气轮机运行特性和建筑物蓄热特性,建立虚拟储能系统模型。引入超级电容储能及虚拟储能状态指标,采用加权滑动平均滤波算法来确定联络线目标平滑功率;将联络线波动功率在热泵、微型燃气轮机与超级电容间分配,由低通滤波算法计算各设备预出力分量,并基于设备状态映射表,引入设备修正系数来确定最终出力。所得结果表明,该控制策略能够实现电热耦合协调,保证功率波动平抑效果,在满足虚拟储能状态约束的前提下充分发掘热电联供系统的控制灵活性,大大提升了微网运行的经济性。

一种蓄电池和超级电容器复合储能系统

在离网型风电系统中,由于风力和风向的不断变化,系统输出功率会产生脉动的波动,进而影响系统的稳定性。储能系统能够在一定程度上平滑系统输出的功率波动,改善发电系统输出功率的稳定性。简要地叙述了应用于离网型风电系统中的储能技术研究现状,提出了一种使用超级电容器和蓄电池并联的复合储能系统,在PSIM软件中建立了该系统的模型,同时进行了系统实验的回路制作研究。仿真实验结果表明,系统对频率为0.2~9 Hz的输入波动具有很好的抑制效果。

三相四桥臂逆变器不对称故障穿越限流控制及电网电压支撑改进策略

当电网发生不对称故障时,并网逆变器自身限流控制及支撑故障电网的能力决定了系统运行的可靠性。为解决该问题,首先,对三相四线制并网系统中瞬时功率关系进行分析,获得以功率波动抑制为目标的三相四桥臂逆变器进网电流各序分量的参考表达式。然后,通过与不同的电压跌落深度和功率因数进行对比,得出中线电流为最大相电流幅值的重要结论,并给出三相四桥臂逆变器能提供的最大有功和无功功率。在此基础上,提出了基于最大相电流约束和改进无功注入曲线的三相四桥臂逆变器不对称故障穿越策略,在满足并网逆变器自身安全情况下优先注入定量无功功率,从而实现了对故障电网电压的有效支撑。最后对传统方法及文中所提方法进行了对比仿真研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

电网电压不平衡下考虑电流峰值限制的储能变流器协调控制策略

针对电网电压出现不平衡会导致储能变流器(power conversion system,PCS)输出的有功功率波动、无功功率波动和三相电流峰值越限问题,文中提出了一种考虑电流峰值限制的储能变流器协调控制策略。首先分析了传统控制策略在电网电压不平衡下的局限性;其次利用瞬时功率理论与加权思想,在αβ两相静止坐标系上实现抑制有功功率波动与抑制无功功率波动的协调控制;然后在上述基础上,加入一种电流峰值限制方法,能在PCS进行协调控制的同时保障输出的三相电流峰值不越限;最后仿真实验结果验证了控制策略的有效性和优越性。该策略能提高PCS在电网电压不平衡下的稳定性,扩展了PCS输出有功功率的能力,并且在控制过程中既不需要对电网电压进行锁相,又不需要对正负序电流进行分别控制,结构简单易于工程实现。

一种新型的小汽轮机给水泵变速恒频发电系统

为节能减排,火力发电厂采用主汽轮机再热蒸汽驱动小汽轮机带动锅炉给水泵供水,通过调节小汽轮机进汽阀开度的方式来控制转速。但该方案在阀门处产生节流损失,轻载时对系统效率影响更大。为此,提出一种小汽轮机、给水泵和电机三者同轴连接结构,用全功率变流器驱动电机,实现给水泵变频调速,并将剩余能量馈回电网,实现节能。运行时阀门全开,调节电机电磁转矩来吸收轴系功率,平稳快速控制给水泵速度,避免阀门损耗。从汽轮机-给水泵的转速转矩及机械耦合特性出发,建立了该发电系统的数学模型,针对工况切换下的调速要求,研究了运行稳定性和抑制功率波动尖峰的控制策略及控制参数设计。最后通过仿真分析以及小功率系统的物理动模实验,验证了系统运行的可行性和有效性。

支持电动汽车灵活充电的微电网能量管理策略

考虑电动汽车慢充与快充两种充电模式对含风-光-储的并网型微网产生的影响,提出一种基于混合储能与电动汽车的微网能量管理策略。策略分为削峰填谷与功率波动抑制两个阶段,针对联络线峰谷调节,通过建立基于电动汽车慢充平移时段、蓄电池充放电成本以及联络线交互功率的目标函数与约束条件,对微网联络线、电动汽车以及储能蓄电池的目标功率进行优化。针对联络线的功率波动平滑,考虑电动汽车快充随机性以及混合储能实时荷电状态,协调控制蓄电池与超级电容的功率出力,分别对联络线功率波动中的低频和高频成分进行抑制。算例分析验证了能量管理策略的正确性与有效性。