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。

三端口柔性多状态开关多模式平滑切换控制策略

光伏整县推进和电动汽车快速发展造成配电网末端电压偏高等电能质量问题,基于区域柔性互联的柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)技术成为解决方案之一。针对柔性多状态开关PQ模式与VF模式间切换的波动及冲击性问题,提出在状态跟随控制器之后添加惯性环节,并改进相位预同步环节,可实现FMSS并离网工作模式的平滑切换。针对FMSS直流母线控制端的馈线故障导致系统运行崩溃问题,提出一种引入权值调节的控制策略,可实现系统稳定运行情况下,有功控制和直流母线电压控制的平滑切换。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端口FMSS仿真模型,对提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果实现了任意馈线故障下三端口FMSS无缝转供电功能。最后搭建物理实验平台,进一步验证了所提平滑切换策略的有效性。

基于RBFNN稳态逆模型的多端柔性多状态开关平滑切换策略

直流母线电压的稳定是柔性多状态开关正常运行的关键。柔性多状态开关(FMS)多工作模式的硬切换会导致直流母线电压产生剧烈波动,而采用平滑切换是实现母线电压稳定的最有效途径。文章详细分析了稳态逆模型平滑切换的原理,然后,针对其不足,深入研究了径相基函数神经网络(RBFNN)稳态逆模型平滑切换技术,给出了运用RBFNN改进稳态逆模型平滑切换的原理,进行了详细的实验验证。理论分析和实验结果显示,通过RBFNN控制修正PI输出来补偿扰动对系统的影响,将修正后的PI输出与稳态逆模型输出叠加生成内环参考值,有效平缓切换瞬间母线电压的振荡,能够实现直流母线电压波动小、响应速度快、动态特性佳、适应工况广等优点。

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。

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。

基于柔性多状态开关的主动配电网双层负荷均衡方法

分布式电源(DG)的大量接入使得配电网源荷不确定性与随机性增大,而柔性多状态开关(FMS)的应用使得供区间互联不再受制于电压等级和相位,主动配电网(ADN)多供区联合优化运行将成为新常态,也为改善负荷不均衡现象、提高供电水平提供了基础。利用FMS灵活互联的特点,以供区层和馈线层负荷均衡指数加权最小为目标函数,建立了ADN双层嵌套负荷均衡模型,并采用改进粒子群和二阶锥规划的混合优化算法求解网络重构拓扑方案与FMS出力。整体算法外部对合环配电网进行简化和等效,减小网络重构的粒子群算法的粒子规模,加快计算速度;内部采用最佳等距分段线性逼近法(OEPLAA)对目标函数进行线性化,将FMS出力优化问题进行二阶锥转化。最后,通过某实际配电网对所提出的负荷均衡方法进行了分析和验证。

柔性多状态开关与分布式储能系统联合接入规划

随着分布式电源渗透率的提升,配电网运行面临着源荷强随机波动带来的挑战。柔性多状态开关(SOP)和分布式储能系统(DESS)可分别在空间和时间上实现潮流的灵活调节,进而提升配电网运行的灵活性。建立了基于时空特性的SOP和DESS双层规划模型,其中上层为选址定容层,考虑系统经济性,以配电网年综合运行成本最小作为优化目标;下层为运行优化层,以配电网网损费用和电压偏移之和最小作为优化目标。通过社区挖掘算法和改进负荷矩方法确定规划方案待安装节点集合,并采用自适应粒子群优化和二阶锥规划的混合算法求解规划模型。以IEEE 33节点系统进行算例分析与对比验证,结果表明SOP和DESS联合接入能有效改善配电网电压时空分布,且运行安装成本最低。

交直流配电网柔性多状态开关电压自适应控制策略

交直流配电网中受端弱交流配电网电压调节能力较弱,需要直流配电网提供功率支撑,而直流配电网受到自身和交流配电网的双重影响,导致直流电压偏差较大且低惯性特征更加明显。对此,文中引入柔性多状态开关(SNOP),并提出一种交直流电压自适应控制策略。首先,分析交流电网电压扰动对直流电压动态响应和惯性调节过程的影响机理,通过设计电压前馈控制方法有效抑制了扰动作用。其次,针对弱交流配电网调节能力不足的问题,设计自适应功率补偿控制方法,使得SNOP能够根据工作点处电压变化量自适应地补偿功率缺额,同时分析了该功率需求对于直流电压偏差的影响;在此基础上针对直流系统,综合考虑直流电压偏差与电压变化率设计了改进的自适应虚拟惯性控制方法,并分析主要控制参数变化对直流系统稳定性的影响,提升了直流系统惯性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建交直流混合配电网仿真模型,验证了控制策略的有效性。

基于柔性多状态开关的配电网电压波动平抑策略

由于分布式电源出力的波动性与随机性,其接入配电网后会造成电压波动问题。为此,提出了基于柔性多状态开关(flexiblemulti-stateswitch,FMSS)的电压波动平抑策略,利用柔性多状态开关的灵活调控能力对电压波动进行抑制。首先通过分析分布式电源与柔性多状态开关出力对配电网电压分布的影响,阐述了柔性多状态开关抑制电压波动的原理。然后建立了以配电网和柔性多状态开关运行状态为约束条件、以电压波动最小为目标函数的含柔性多状态开关的配网运行模型,通过粒子群算法(particleswarm optimization,PSO)进行优化求解,并提出了一种考虑时序电压变化量的电压波动指标。以三端口柔性多状态开关连接3个IEEE33节点网络为算例,通过仿真实验实现并验证了所提策略,检验了所提指标的可行性。仿真结果表明,所提策略在分布式电源接入情况下对配电网电压波动有良好的抑制效果。

柔性多状态开关模型预测协同控制策略

柔性多状态开关(FMSS)作为一种新型电力电子装置能够部分替代配电网中传统联络开关,实现潮流的不间断灵活调控,优化电压分布。探讨了三端FMSS在配电网中的几种可能接入拓扑及工作模式,建立了三端FMSS的动态数学模型,结合三端控制约束提出了三端FMSS模型预测协同控制策略。该策略具有原理清晰、实现简单、动态响应速度快等优点,避免了传统比例—积分(PI)双闭环控制策略存在的控制结构复杂、PI参数较多且整定困难的问题。基于模型预测控制对各端口UdcQ控制模式、PQ控制模式,以及Uacf控制模式进行了具体算法实现。为了验证所提方案的有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端FMSS仿真模型,不同工况下的仿真结果验证了所提三端FMSS模型预测协同控制策略能够有效实现多端口间的协同控制,发挥FMSS的调节功能,为FMSS的配电网应用提供灵活的解决方案。

基于并查集的柔性多状态开关定容方法

柔性多状态开关(FMSS)作为配电网改造中的重要电力电子元件,因成本较高和相关技术的不成熟,尚未得到广泛应用。为合理规划FMSS的容量,同时兼顾配电网经济性和供电可靠性,以年均总成本最小为优化目标,建立了含新能源配电网的综合成本评价模型,并应用粒子群优化算法进行求解。为考虑FMSS运行模式的动态切换,等效简化了复杂工况下FMSS的工作模式,引入并查集算法以快速、有效地确定FMSS实时运行模式,大幅提升了定容问题的求解速度,克服了现有优化配置方案对FMSS运行策略多样性和动态性考虑不够充分的缺陷。IEEE 14节点和IEEE 33节点互联配电系统的多组对比仿真结果表明,所提方法在求解速度上有一定的优越性,优化所得方案能促进新能源消纳,提高配电网供电可靠性,且具备良好的经济效益。

柔性多状态开关反馈线性化滑模控制

柔性多状态开关(SOP)能够实现配电网馈线潮流灵活的调控,改善电压分布水平,提升配电网消纳分布式电源的能力,已成为配电网领域的一个研究热点。文中以三端口SOP为研究对象,建立了三端口SOP的数学模型。针对SOP数学模型体现出的非线性及强耦合的特点,通过坐标变换得到反馈线性化模型,对该模型设计了滑模控制器。文中将反馈线性化控制和滑模控制相结合,并用该复合控制取代传统比例-积分(PI)双环控制的电流内环,与传统PI双环控制相比,可以减少PI控制环节,降低PI参数整定的难度。根据SOP不同运行模式的要求,分别实现了各端口定直流电压和定无功功率模式、定有功功率和无功功率模式、定交流电压模式下的反馈线性化滑模控制算法。在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP仿真模型,仿真结果表明,与传统PI控制相比,所提出的控制策略动态性能好、鲁棒性强。最后,通过几种典型工况的仿真,进一步验证了所提控制策略的有效性。

馈线故障下柔性多状态开关的平滑切换策略

为实现馈线故障情况下柔性多状态开关(flexible multi-state switch, FMSS)工作状态的平稳过渡,以主从控制为基础并结合配电网信息,提出一种适用于FMSS的直流电压协调策略和控制端口选择方法;同时基于PI调节器和稳态逆模型相结合的改进控制结构,提出一种端口模式平滑切换策略;此外,通过在锁相环上增加离网锁定和并网预同步环节设计了相位平滑控制结构。仿真结果表明,不同情况下的切换过程中,FMSS直流侧电压波动≤0.2%额定电压、稳定时间约为10 ms,各端口交流侧电压电流过渡平稳,其中Udc-Q端口有功超调≤3.5%额定值。因此本文所提策略能够实现多种条件下FMSS的平滑切换。

配电网故障状态下柔性多状态开关故障电流抑制策略

为抑制配电网交流故障持续期间柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)注入短路点的故障电流,首先采用基于解耦双同步参考坐标系的瞬时对称分量分解方法对配电网不对称故障期间FMSS故障侧端口出现的负序、零序电流进行抑制。进一步推导出配电网三相短路接地故障时FMSS在不同运行工况下的系统向量图,利用对称分量法建立含FMSS配电网故障时的复合序网,分析配电网在对称性故障、不对称性故障时的故障电流大小,提出了一种带电压死区的无功下垂控制策略,实现故障状态下对FMSS注入短路点故障电流的有效抑制,同时根据配电网母线电压幅值变化相应地修正无功功率外环控制器指令值,利用FMSS对配电网提供无功支撑,改善馈线电压质量。采用MATLAB/SIMULINK搭建三端FMSS模型进行仿真分析,验证了所提方法的有效性与正确性。

馈线失电情况下基于柔性多状态开关的供电恢复策略

馈线发生故障时,柔性多状态开关能够迅速检测和隔离故障,并恢复非故障失电区负荷供电。基于此,建立了dq坐标下三端口柔性多状态开关故障离网侧和正常并网侧的动态数学模型,针对馈线失电故障情况,建立以失电区域负荷失电量最小、馈线负载均衡因子最大和网络损耗最小为目标的优化模型,通过GAMS软件求解得到非故障侧的功率转供分配方案,推导出最优的配电网供电恢复方案。根据功率补给方案计算值来确定功率控制模式下的有功功率参考值,并在MATLAB/Simulink中验证了三端口柔性多状态开关的动态响应特性和控制策略选择的有效性。

柔性多状态开关直流侧电压纹波的抑制策略

柔性多状态开关是由多端共直流母线变流器组成的新型馈线互联电力装置,而电网电压不平衡时柔性多状态开关直流母线电压产生的波动,会严重影响其正常运行和设备的使用寿命。为此,分析了直流侧电压波动原理,提出了一种新的正负序双环直流侧电压控制策略。正序采用功率前馈控制稳定直流电压稳态误差,负序采用单正弦信号谐振反馈控制以抑制直流电压周期性波动。最后搭建了仿真平台,对不同情况下的直流侧电压波动进行了仿真实验,仿真结果验证了所提方案的有效性。该策略能有效地抑制柔性多状态开关在多端口同时不平衡下的直流侧电压的纹波,输出电流无谐波电流且电流峰值被限定在额定范围内。

基于三端口柔性多状态开关的电压波动治理研究

配电网内间歇性分布式电源和负荷的波动性使系统的运行稳定性、调控灵活性受到制约。对于大面积零散分布的工厂负荷和居民负荷,单端电压波动治理设备已无法满足要求。针对上述问题,研究了用于多条馈线互联的柔性多状态开关(Flexible Multi-state Switch,FMSS)电压波动治理技术。基于三端口FMSS的拓扑分析,分析了FMSS与三端馈线进行功率交换的原理。利用解耦控制策略,实现装置同时独立进行有功潮流和无功补偿两种功能。搭建了仿真模型,进行配电网三条馈线潮流控制和无功补偿功能验证。然后提出了无功协调控制优化模型,实现了多重化控制。仿真和优化结果显示,所提的开关模型电压波动治理快速有效。