双馈感应式风电场电网友好型功率控制系统技术改造

当前我国电网新能源装机渗透率高,迫切需要光伏电站、风电场深度参与电网调峰、调压,为此分析目前双馈感应式风电场功率控制系统结构复杂、功能重叠、信息传递环节多、故障率高、控制策略落后的现状,论证双馈感应式风电场进行电网友好型功率控制系统技术改造的必要性、可能性,提出包括优化系统结构、改进控制策略、简化通信网络、充分发挥双馈风电机组优良的有功/无功控制能力等各项改进措施,并以双馈感应式风电场功率控制系统技术改造实例加以说明,同时对新能源电站是否必须加装无功补偿装置进行讨论。性能验收试验表明,改造后的风电场功率控制系统无需配置无功补偿装置,其各项技术指标优于国家技术标准。该项技术的应用有利于电网的安全、稳定、经济运行,在新建风电场推广可降低造价昂贵的一次性投资,减少运行损耗,具有一定的社会效益和经济效益。

全功率直驱风机电网友好型控制策略

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势,近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能,以全功率直驱风机为研究对象,总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后,综合不同工况下的仿真结果,得到了总体性能最优的控制策略。

考虑振荡型功率的直流微电网储能系统无互联通信网络的多目标功率分配方法

随着新型电力系统建设持续推进,直流微电网将成为配电网的重要组成部分。直流微电网接入交流负载时,振荡型功率会进入直流系统,影响分布式储能系统功率分配。为此,给出了储能系统功率分配综合原则,并以此提出一种无互联通信网络的功率分配方法。该方法以荷电状态作为“信息载体”,各储能单元仅需本地荷电状态(state of charge,SOC)信息即可完成自适应调整,在实现SOC均衡控制的同时,还能够让振荡型功率合理分配。此外,从等效输出阻抗的角度出发,对不同控制算法的分配效果展开了详细的分析讨论,表明了所提控制算法可以满足综合原则的要求。最后,通过实验验证了所提分布式储能控制策略的有效性。

花瓣型配电网区域备自投系统控制策略优化研究及应用

针对花瓣型配电网发生故障后,若故障无法被保护可靠隔离时会导致区域备自投系统无法实现“花瓣”恢复供电的问题,基于控制策略对等式的思想,提出一种新型区域备自投系统控制策略。新型控制策略主动进行故障隔离并通过相邻开关房的信息交互,实现“花瓣”的恢复供电及恢复供电后线路过载时各开关房中负荷的智能选切功能,通过信息交互也确保了安全稳定系统切负荷功能的有效性;同时提出了经主保护闭锁的后备保护,解决了“花瓣”内合环运行时后备保护定值整定配合困难和工作量大的技术问题。现场应用结果验证了新型控制策略的有效性,对其他配电网区域备自投系统控制策略的研究具有一定的借鉴意义。

参与电网调频的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略

参与电网调频的传统下垂控制策略能够利用频率偏差和直流电压实现多端柔性直流输电系统频率之间的相互支撑。然而传统电压下垂系数固定,在分配不平衡功率时容易忽略电网的运行状态和换流站自身容量,导致换流站过载以及弱电网承担功率时频率波动较大。为解决这一问题,提出了一种参与电网调频的改进下垂控制策略。首先分析了参与电网调频的传统下垂控制策略能量调配关系。其次考虑电网的频率裕度以及换流站的自身容量重新设计电压下垂系数。在系统受到扰动后,提出的控制策略能够保证换流站不发生过载,同时实现弱电网的稳定运行。最后通过仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真验证,结果表明所提控制策略提高了多端柔性直流输电系统的频率调节能力,使系统的运行水平得到有效提升。

独立运行直流微电网混合储能系统功率分配控制策略研究

研究了独立运行光储直流微电网中混合储能系统的功率分配控制策略。为了将混合储能系统需要响应的净功率按其波动频率合理地分配给锂电池和超级电容,设计了基于电感电流的改进虚拟RC下垂控制策略,并对其工作原理进行分析。针对虚拟RC下垂控制存在母线电压偏差的问题,研究了基于模糊下垂系数算法的虚拟RC下垂控制策略,分析了该控制策略同时实现母线电压及超级电容SOC自恢复的控制机理。最后搭建了基于RTDS与DSP的硬件在环实验平台,对上述控制策略进行了硬件在环实验验证。实验结果表明,模糊虚拟RC下垂控制能够根据既定的模糊规则对下垂系数进行实时调整,其响应速度较快,但是仍然存在一定的电压偏差。

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

基于深度确定性策略梯度与模糊PID的直流微电网VRB储能系统就地层功率控制

针对直流微电网全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)储能系统在实际运行时就地控制层中的功率控制器存在时滞、精度低及抗干扰能力差等问题,提出了一种基于深度确定性策略梯度与模糊PID的功率跟踪控制策略。首先,建立VRB的等效电路模型来描述功率传输特性,并设计了由模糊PID与深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法组成的复合控制器。将模糊PID作为主控制器对功率环进行控制,DDPG作为辅助控制器来补偿功率跟踪误差。然后,设计了VRB储能系统就地层功率跟踪控制器,采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)对PID参数和模糊规则进行优化,并通过阶跃信号对优化后的系统输出响应进行测试。同时将分配指令功率与储能单元给定功率偏差作为数据集在DDPG中进行训练,以提高主控制器的响应速度和抗干扰能力。最后,通过在3种不同场景的算例下进行仿真,验证了控制策略的有效性及稳定性。结果表明:所提控制策略在电池充放电时,能够快速地跟踪到功率指令值;实时跟踪时,跟踪功率值与调度指令值偏差小于±2%;受到扰动时,能准确修正功率偏差,满足实际要求。

基于最大功率点跟踪下垂控制的光储一体化系统研究

光储一体化系统相较于光储独立式系统具有更好的体积成本优势和分布式发电消纳能力,但现有一体化系统往往存在电能利用不充分的问题。为研究高功率密度、高光伏出力利用率的光储一体化设备,探究光储一体化系统稳定、可靠、高利用率的并网控制方法,本文对光储一体化系统内部重要元器件进行物理建模,分析光储一体化系统有功出力特性,提出一种基于最大功率点跟踪(MPPT)下垂控制的光储一体化系统控制方案,并在仿真软件中验证了方案的有效性。

弱电网下电压控制型逆变器的自适应快速功率控制策略

电压控制型逆变器VCI(voltage-controlled inverters)在弱电网下表现出更强的稳定性,有望在可再生能源发电中得到更广泛的应用。然而,VCI的有功功率控制带宽通常低于电流控制并网逆变器CCI(current-controlled inverter)。随着电网阻抗增大和电网强度进一步降低,其调节时间甚至将长达数秒,难以满足可再生能源发电最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)的要求。此外,现有的以功率环改造为特点的VCI有功功率快速控制方法,则可能导致弱电网下VCI稳定性损失。针对这一问题,建立了VCI并网系统的详细输入-输出模型,揭示了弱电网下VCI功率环改造法面临稳定性和快速性矛盾的根源,并提出了一种基于外环改造和功率指令前置滤波的VCI有功功率快速控制方法,能够有效提升VCI有功功率控制带宽,且不影响其弱电网下的稳定性,进一步实现了基于VCI的MPPT控制;针对短路容量比和电网阻抗大幅波动对所提控制的影响,又提出了一种基于电网阻抗在线辨识的VCI有功功率快速控制自适应方法。最后,实验结果验证了所提方法的有效性。

基于粒子群算法的含光伏微电网并网功率控制系统

可再生能源与电网连接会导致电网随机波动,针对光伏接入电网后功率控制过程中容易受到冲击影响,导致微电网运行不稳定的问题,基于粒子群算法设计了一种新的含光伏微电网并网功率控制系统。系统硬件由光伏电池、风力发电机、微型燃气轮机共同组成,在光伏电池内部建立光伏序阵模块、光伏转变器模块、光伏控制器模块,实现信息转换。软件部分通过粒子群算法建立控制目标函数,根据建立的控制目标函数控制,实现功率控制。实验结果表明,设计系统在控制过程中输出功率在±0.02 pu内波动,能够很大程度地减少电网的冲击影响,ESS节省百分比较高,具有较强的控制能力。

基于二阶超前滞后环节的电压控制型微电网并网逆变器功率无差同步补偿策略

电压控制型策略可以作为微电网逆变器的并网运行控制策略,其与电网的同步过程为功率无差同步。然而,基本的PI调节器的功率无差同步策略响应速度慢,响应过程超调大,且无法通过PI参数的调配改善响应过程动态。为改善电压控制型逆变器功率无差同步的动态调节过程,提出了基于二阶实极点补偿器(real-polecompensator,RPC)和复极点补偿器(complex-pole compensator,CPC)的超前滞后环节补偿器,作为电压控制型逆变器的功率无差同步补偿策略。基于电压控制型逆变器功率输出模型,分析了2类补偿器的参数设计原则,详细给出了实极点补偿器和复极点补偿器的参数设计过程。通过仿真,验证了所提出的2类补偿器与常用的高通滤波器补偿器的补偿效果。结果表明,提出的2类补偿器在频域上可以有效地提高系统剪切频率,提高相位裕度至60°以上,而在时域上有效加速功率无差同步过程,并降低同步过程超调,使得功率无差同步过程更加平稳。

电网友好型家庭用电管理系统优化与控制的研究

电网友好型智能家庭用电不仅要考虑居民需求,而且要满足电网的可靠稳定运行,把电网侧与用户侧紧密地联系在一起,营造一个协调的用电环境。通过分析构建一种用于优化家庭电器的智能用电管理系统,阐述了此系统的各部分组成以及对电网所起到的积极作用。以电网和储能电池为供电电源,以尽可能减少电费支出和对电网削峰填谷起到积极作用为目的,基于峰谷分时电价和用户用电特性建立实时的优化控制模型,并以上海居民为例进行计算分析,得到了比较满意的结果。

基于改进型比例谐振控制器的光伏发电系统最大输出功率预测方法

常规的光伏发电系统输出功率预测方法主要是对海量的发电数据进行提取,仅能够保证短期负荷的预测精度,影响最终的预测效果,因此设计了基于改进型比例谐振控制器的光伏发电系统最大输出功率预测方法。提取光伏发电系统最大输出功率映射特征,建立不同工况与输出功率的映射关系,确保输出功率的长期预测。基于改进型比例谐振控制器构建稳态功率预测模型,调节光伏发电系统的输出电流与输出电压,确保最大输出功率的稳态预测。采用对比实验的方式,验证了该预测方法的预测精准度更高,能够应用于实际生活中。

基于模糊理论的并网型含光伏微电网功率控制

微网中风、光等可再生能源在接入电网后,其随机性和波动性等特点会对电网产生不利影响,为此提出一种基于模糊理论的利用分布式发电系统出力来平滑微电网与电网间联络线功率的控制方法。以光伏与柴油机组成的系统为例,建立了控制理论模型,利用光照强度以及联络线功率差作为模糊运算的输入量,经过模糊建模过程,输出一个对光伏逆变器进行有功控制的PWM控制波形,从而控制输向负荷的光伏系统出力。仿真结果表明联络线上的交换功率得到了有效抑制,同时意味着储能设备的使用有所减少,保证了能源的利用效率,在与电网互联时能够保证将对大电网的功率冲击控制在较小的范围内。

非理想电网电压下基于谐波功率注入方法的三相并网型变换器的控制

在诸如不对称、含有谐波等非理想状况的电网电压下,常规的三相并网型变换器的控制策略将很难取得满意的效果。针对这一问题,基于"电流正弦化且平均单位功率因数为零"及非理想电网电压下的功率流的唯一对应关系,推导出了针对3种控制目标的功率流方程。通过谐波功率注入的方法,可实现3种控制目标的变换器控制。为了提高系统的抵抗模型和参数不确定扰动,设计了线性自抗扰控制器。实验表明所提方法具有结构简单、低谐波等优点。

适应多类型电网故障的储能系统预测电流控制与LVRT策略

为了实现储能装置的功率转换系统(Power Conversion System,PCS)在电网发生对称和不对称故障时的低电压穿越LVRT(Low Voltage Ride Through,LVRT)控制,考虑到目前PCS控制方面的不足之处,通过分析预测电流控制原理,推导α-β坐标系中PCS瞬时功率方程,设计了一种电网故障情况下PCS的LVRT控制策略。建立基于PSCAD的84 kW储能电池PCS系统,针对电网多类型故障进行仿真;在已有控制策略经过仿真验证之后,又将该策略移植到硬件设施中进行实验。仿真结果表明,该控制策略可以有效实现储能系统的低电压穿越功能。

傅氏分析反步法直驱型海浪发电系统功率优化控制

为研究波浪发电系统最大波浪能捕获问题,根据浮子的水动力方程和永磁同步直线电机的状态方程,建立了振荡浮子直驱式波浪发电系统的数学模型。提出等效电路图法模拟浮子的水动力模型。针对随机海浪波,采用傅里叶分析法将波浪发电系统分解为多个频率的正弦子系统,分别构造最大功率传输条件实现最大波浪能捕获,优化了传统的控制方法。采用反步法设计控制律,构造Lyapunov函数跟踪发电机状态。仿真结果表明,采用反步法可实现发电机状态的紧密跟踪。在随机波的条件下,所提傅氏分析法对传统算法的优化效果明显,提高了波能转换效率,结合反步法控制发电机可实现最大波浪能捕获,具有一定的实用性。

户用型微电网恒功率控制方法的研究

针对光储独立微网中直流母线电压易受光伏发电功率及负载用电功率的波动影响,通过类推V-I下垂控制提出一种功率-电流(P-I)控制策略,用控制系数k来改变与光伏发电输出功率的数学关系,以实现微网的功率平衡,可有效抑制微网直流母线电压的波动。通过建立光伏电池及蓄电池数学模型,分析PV发电输出功率与负荷功率的关系,推导出系数k与光照强度及储能充放电电流之间的关系式,设计了一种P-I控制器。Simulink仿真结果表明,该P-I控制方法能有效地协调控制直流母线功率平衡,有效地提高系统的稳定性。

孤岛微电网的新型功率分配与电压调整控制策略

传统下垂控制难以保证孤岛微电网中并联微源的功率分配精度,同时存在母线电压跌落的问题,供电电压质量较低,针对上述问题,提出一种基于一致性算法的分布式控制方法。相邻微源间进行低带宽通信,每台微源利用其本地信息及获取的其他微源的信息,结合离散一致性算法对系统平均电压进行迭代估计,并在P-V控制环中增加PI控制器,利用系统平均电压这一公共量实现了有功功率的合理分配,并提高了系统电压质量,实现了电压的调整。针对含有4台微源的孤岛微电网系统,利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型,对传统下垂控制与所提控制策略进行了仿真与对比分析,仿真结果验证了所提控制策略在功率分配与电压调整方面的优越性。