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。

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。

异时接入逆变器功率均衡和电压无静差下垂控制

为实现无通信条件下逆变器输出功率均衡且电压(频率、幅值)无静差,研究了微电网孤岛状态下异时接入逆变器的下垂控制。首先阐述异时接入逆变器基于目前下垂控制方案所存在的问题,即无法兼顾输出功率均衡和电压无静差;再分析得出为确保各逆变器输出功率均衡下垂控制的一般规则;然后,基于该规则提出一种改进的下垂控制方案,该方案通过一种特定的空载电压频率和幅值修正方式实现各逆变器输出功率均衡和电压无静差,且无需通信;最后通过仿真测试验证了所得结论,表明所提出的改进下垂控制方案达到了预期效果,解决了逆变器异时接入情况下存在的控制问题。

多端柔性直流系统中配电电压下垂自动化控制系统

针对多端柔性直流系统安全稳定运行的问题,提出一种通过电压下垂控制结合潮流最优模型的控制方式。通过电压下垂控制进行交流侧有功功率的计算,以解决换流器产生的损耗与有功功率之间的耦合。经过分析验证,该方法能够提高电压下垂控制下潮流最优系统的适用性、有效性以及准确性。

电流源-电压源变流器混合并联独立供电系统的分布式功率控制

针对电流源型变流器和电压源型变流器共同支撑的混合型独立微电网,提出了一种适用于电流源-电压源变流器混合系统支撑独立微电网功率控制的新型下垂控制策略。其中,电压源型变流器仍采用传统的P-f、Q-V下垂控制,而电流源型变流器通过虚拟电流矢量在电压定向轴方向的投影来模拟有功电流的大小;无功电流是基于电压源无功下垂控制的对偶性,结合dq轴物理量之间的耦合特性,通过d轴电压计算得到,在不需要检测无功功率的基础上实现了无功功率的分布式控制。电流源仅通过电流环路便可实现和电压源之间合理的功率分配。通过建立小信号模型,对系统的稳定性进行了分析。最后,通过仿真验证了所提控制策略和参数设计的有效性。

基于自适应下垂算法的直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制

下垂控制为直流微电网功率和电压的调控提供了有效的方法。在传统的下垂控制方式下,各分布式电源在运行时线路电阻参数不一致,导致功率分配的精度降低,严重时可能导致电源过载问题,同时线路电阻的电压降会导致直流母线电压的降落,从而降低供电质量。针对上述问题,本文采用“电流-电压”的自适应下垂算法实现负荷功率精确分配,同时提出降低直流母线电压偏差控制方法,通过分析输出功率和电流、电压的关系,引入自适应虚拟阻抗自适应调整下垂系数消除功率偏差,对母线电压优化采用平移电压曲线的方法来补偿电压降落,减小母线电压的偏差,提高供电质量。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了系统仿真模型,仿真验证了提出策略的有效性。

基于自适应下垂特性的孤立直流微电网功率精确分配与电压无偏差控制策略

基于下垂控制的直流微电网为自主集成分布式电源、储能单元和多类型负荷提供了一种有效的方式。在传统下垂控制作用下,由于直流微电网中各分布式电源出口线路参数不一致,且存在本地负荷,因而降低了负荷功率的分配精度,难以最大程度发挥分布式电源的效率,甚至引发分布式电源过载等问题,同时线路电阻上的电压降会进一步降低直流母线的电压质量。为了实现分散控制模式下孤立直流微电网的功率合理分配,并消除直流母线电压的偏差,提出基于自适应下垂特性的功率精确分配策略和直流母线电压无偏差控制策略,且在功率分配策略中考虑了本地负荷的影响。同时对DC-DC变换器在所提改进下垂控制下的响应特性进行分析,并讨论关键参数对系统稳定性的影响。仿真对比结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。

考虑功率裕度和电压偏差的多端直流配电网自组织下垂控制

为实现系统受扰后不平衡功率的优化分配及直流电压的稳定控制,在多端柔性直流配电网传统电压-功率下垂控制的基础上,提出考虑功率裕度并附加定直流电压控制的自组织下垂特性优化方法。所提方法打破了采用传统下垂控制时换流站承担不平衡功率按其容量成比例分配的固有约束,实现不平衡功率的合理转移,降低了小容量换流站的过载风险;引入功率偏差因子,在下垂特性曲线中适当设定"死区",一定程度上放宽换流站的运行区间。类比弹性力学概念,设计基于元胞自动机的换流站运行状态自组织更新规则,建立对应的五端柔性直流配电网MATLAB仿真模型,并与传统下垂控制的电磁暂态模型进行对比分析。最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性和控制效果。

基于端口电压积分与变下垂系数的逆变器并联下垂控制策略

孤岛微电网中逆变器采用传统下垂方法并联时,由于逆变器输出阻抗和线路阻抗差异,可能存在无功功率不均分和输出电压偏移过大的问题。该文分析了并联系统功率分配机理和输出电压外特性,提出了一种基于端口输出电压积分与变下垂系数结合的下垂控制方法。通过电压电流双环控制器参数设计,实现有功功率和无功功率的解耦,使逆变器适用P-ω/Q-V下垂控制策略;通过无功功率均值与实时无功功率误差调整下垂系数实现无功功率的均分,通过端口输出电压积分抑制输出电压偏移过大。仿真和实验结果表明,该文所提控制方法提高了无功功率均分精度,同时将逆变器输出电压相对于额定电压的偏移维持在±5%范围内。

基于改进下垂的多逆变器并联控制策略

针对微电网孤岛运行时,传统解耦式下垂控制策略由于未能考虑线路阻抗的影响,多逆变器并联运行时存在无功功率分配不均、环流等问题,论文提出一种基于自适应电压补偿的改进下垂控制策略。文中首先针对因线路阻抗不同所带来的电压跌落问题,增加了线路压降补偿环节,在此基础上,考虑逆变器出口处电压与母线电压的一致性,改进了下垂控制式,并利用低带宽通信技术获取各逆变器输出功率信息,引入自适应电压补偿环节,提高了逆变器间无功功率的均分精度。最后,基于Matlab平台搭建文章所提控制策略的仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的正确性与有效性。

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。

基于自适应特性的直流微电网双因子下垂控制策略研究

分布式电源DG(distributed generator)出口线路参数不一致及其出力随机扰动引起了直流微电网负荷功率分配精度下降与网侧电压波动。针对上述问题,计及DG运行暂稳态工况,提出1种基于自适应特性的双因子下垂控制策略。首先,稳态运行时考虑线路阻抗的影响并引入电压调节系数,建立双因子下垂系数稳态分量,在阻抗值未知的情况下即可实现负荷功率的精确分配,同时抬升网侧电压,减小与额定电压的差值;其次,暂态过程中考虑DG出力随机扰动的影响并引入分布一致性迭代算法,建立双因子下垂系数自由分量,可在维持DG均衡出力的情况下快速抑制功率扰动与网侧电压波动,提高系统的稳定性;最后,在PSCAD中搭建直流微电网模型,仿真结果证明了所提策略的有效性。

考虑功率裕度的VSC-MTDC系统改进下垂控制策略

针对VSC-MTDC系统下垂控制策略未考虑到换流站实际运行工况这一不足之处,提出一种考虑功率裕度的改进下垂控制策略。改进策略中主导站下垂系数的选取与换流站容量无关,而是由功率裕度决定,可以避免主导站出现不必要的满载现象;同时,在定有功功率站中引入偏差下垂控制,避免直流网络的功率不平衡过大导致直流电压失稳的情况。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果表明,该方法保证了初始功率裕度较小的换流站分担较少的不平衡功率,初始功率裕度较大的换流站承担较多的不平衡功率,实现了不平衡功率的合理分配。

VSC-HVDC串并联型D-PMSG风电场机组功率—电压协调控制

针对串并联型D-PMSG风电场中同一串联簇机组在不同风速下最大功率追踪控制存在过电压、过调制问题,分析基于柔性直流输电的串并联型D-PMSG风电场机组的运行特性,提出一种适用于该拓扑型风电场机组的功率—电压协调最大功率追踪控制方法,并探讨直流母线电压上限值的设定原则。该方法不仅可以将同一串联簇中其他各机组直流母线电压都钳制在安全范围内,还减少限压期间下的机组的弃风。搭建相应的仿真模型,仿真结果表明所提出的方法可确保各机组在安全范围内寻找最佳功率点。

直流微电网多储能并联电压和功率共享控制方法研究

针对多储能单元并联的孤岛直流微电网功率分配精度和电压降落问题,本文提出了一种包括电压偏移和下垂斜率调整的分层分布式控制方法。该方法可以实现储能单元精确功率共享和直流母线电压自恢复,弥补了下垂控制均流精度差、电压偏差大的缺点。通过增加偏移电压和调节下垂增益,可以有效地补偿下垂控制器引起的电压降落。无论负载如何变化,直流母线电压始终可以自动调整。此外,本文还详细介绍了控制器的设计过程,并证明了系统的稳定性。最后,通过仿真和实验验证了该控制方法的有效性和优越性。

适用于柔性直流的辅助功率补偿下垂控制

目前,多端柔性直流互联系统中的模块化多电平换流站广泛采用下垂控制策略,可根据下垂特性曲线自主调节电压和功率。但是,该策略难以应对诸如换流站潮流翻转、换流站退出运行等突发工况下直流侧电压的异常波动。为此,建立了基于下垂控制策略的换流站线性模型,表明下垂控制使换流站调节速度难以满足突发工况的需求;在此基础上,针对突发工况下直流侧电压突变问题,提出了一种基于辅助功率补偿的改进型下垂控制策略。相比传统下垂控制,该策略无须改变换流站控制参数,稳定性更好,反应速度更快,抑制电压波动能力更强,较好地优化了直流互联系统应对突发工况时的性能,并通过仿真验证了该策略的有效性。

基于电压下垂特性的MMC-MTDC协调控制策略

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal high voltage direct current,MMC-MTDC)系统中各个换流站的控制对整个系统电压和功率的稳定是至关重要的。基于电压与功率的关系进行设计的传统下垂控制器无法实现受端换流站之间的功率分配。针对这一问题,提出了一种基于电压下垂特性的多端组网协调控制策略。对MMC型换流站数学模型进行了详细地分析并根据多端直流组网结构的特点,推导出各换流站之间电压和电流关系。基于换流站U-I特性曲线,设计了电压外环控制器,通过改变U-I特性曲线的斜率即可实现换流站之间的功率分配。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端模型,仿真结果显示,通过调整U-I特性曲线斜率即可实现受端换流站功率按既定要求分配,验证了该控制策略的正确性和有效性。

无功功率控制在光伏发电并网中的应用

无功功率控制可以应用于光伏发电并网,是确保电网稳定运行的关键措施。文章提出一种改进电压-无功(Voltage-Reactive Power,V-Q)控制算法用于控制光伏发电并网,并讨论了控制算法的实现方式。该方法能够有效提高光伏发电并网系统的响应灵敏度,防止系统出现振荡和过调节问题,且能够降低谐波水平。以西北某光伏发电场为例,深入分析了应用自适应比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation,PID)控制器的改进V-Q控制算法对系统稳定性的影响。研究结果表明,该算法能够确保光伏发电系统的稳定运行,为其他光伏发电场提供参考和借鉴。

基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法

针对传统孤岛运行微电网存在运行不平稳的问题,提出基于先导节点选取下优化下垂控制的孤岛运行微电网负荷功率分配方法。首先通过导纳矩阵对电源端的电阻进行控制,给出各端口的电流及电压,得到先导节点选取矩阵相关的适应度函数,确定孤岛微电网先导节点。在此基础上,对直流电压与输出功率均值和传统下垂控制方法导致的电压跌落进行补偿,优化负荷功率的分配精度。实验结果表明,该方法可使母线电压恢复至平稳运行状态。

混杂Petri-net的配电网多层级节点电压混杂控制

开发利用分布式可再生能源是推进“双碳”目标的重要举措之一,而由于分布式发电具有较强的波动性和不确定性,其规模化接入会导致低压配电网电压越限等问题。为此,提出一种基于混杂Petrinet的混杂控制方法。上层采用基于节点电压越限条件触发的变压器挡位智能切换控制策略,以实现大幅度电压越限的粗调;下层采用基于功率-电压灵敏度的虚拟电厂有功功率优化动态调节策略,以实现电压频繁越限的细调。该方法在挖掘利用低压配电网自身变压器以及分布式可调节资源聚合调节潜力的同时,大大节省配置治理设备的资金投入,对助推分布式新能源的规模化消纳具有重要意义。