含电动汽车换电站的微电网孤岛运行优化

由于风电、光伏等可再生能源具有间歇性,独立运行的微电网会经常出现功率缺额或过剩,给系统运行带来不利影响。对微电网内重要单元,如电池储能电站、电动汽车换电站、可中断负荷等分别进行了分析并建模,结合系统功率平衡、备用需求等约束,建立微电网独立运行优化模型,利用CPLEX软件求解该混合整数规划问题。算例中对以电动汽车换电站和电池储能电站作为储能单元的微电网分别进行讨论,结果表明,相比传统电池储能电站,电动汽车换电站作为储能装置,通过协调优化,可以提高微电网的可再生能源接纳能力,提高微电网可靠性,并更具经济性。

互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制策略研究

随着分散式电源应用范围的增加互联微电网在现代电网运行中使用频率越来越高,其是一种更加科学、合理的电能量管理模式。但是互联微电网孤岛运行过程中很容易出现频率波动问题,从而对整个电系系统稳定性和安全性产生不利影响。因此本文基于电系系统运行一般规律,从点能量管理需求出发,针对互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制提出相应的发展和管理策略。

基于同步相量测量的配电网孤岛多源协同控制方法

有功-相角下垂控制避免了将频率作为下垂量所引起的频率偏差问题,但同时导致了系统有功功率在分布式电源(distributed generations,DGs)之间难以精确分配。基于有功相角下垂控制,提出了一种基于微型同步相量测量的有功补偿控制方法。该控制方法根据量测的公共母线上电压相角信息,调节各个DG的相角参考值趋于一致,最终可以使所有DG的有功出力根据其下垂系数精确分配。为提升配电网孤岛系统的动态性能,对系统进行了小信号动态建模以对系统进行动态性能分析。此外,基于小信号模型,建立了补偿控制参数优化模型,可求解出使系统动态性能最优的控制参数。最后通过基于PSCAD/EMTDC平台的时域仿真结果验证了所提方法的有效性。

同伦摄动模态子区间算法在微电网孤岛潮流计算中的应用

与传统输电网和配电网络不同,微电网中的分布式发电装置通过电力变换装置给负荷供电,所以考虑并网整流/逆变装置的影响,同时建立包含微电源、柔性交流输电系统、线路以及不同负荷类型的微电网精确数学模型。此外,计及负荷及微电源出力的时间波动性,引入同伦摄动子区间理论构造求解孤岛微电网区间潮流方程,并通过模态分析法提高区间运算精度。算例结果验证了所建模型及求解方法的有效性。

微电网孤岛运行下的频率控制研究

频率控制是孤岛微电网稳定性控制的关键,其本质是功率的平衡和再分配。分析微电网不同分布式电源和负荷的频率特性,详细分析阐述了传统大电网与孤岛微电网频率控制的差异,并基于传统电网的三层调频方式提出了微电网孤岛运行下的频率分层控制方式,最后通过孤岛微电网下的频率调节试验系统来验证分析微电网主电源的频率调节特性。

可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

基于HOMER Pro的孤岛微电网优化设计与研究

多能互补的孤岛微电网通常用来解决偏僻地区的用电问题,以南海某海岛的微电网系统优化设计为例,采用HOMER Pro电力系统仿真软件为辅助设计平台,根据当地的太阳能、风能资源丰富的特点选择风、光、油、储多能互补方式为微电网提供电力,给出了HOMER Pro的仿真结果,仿真显示所设计的系统具有较好的经济效益、环保效益及供电稳定性。

基于融合专家知识DDPG的孤岛微电网频率调节策略

随着风、光等间歇性新能源接入到孤岛微电网,传统控制方法在进行频率调节时难以有效协同源-荷-储等多种资源以应对源-荷的随机性波动所导致的频率偏差问题。为此,提出了一种融合专家知识与深度确定性策略梯度(DDPG)的孤岛微电网频率调节算法,通过专家知识的经验规则引导各调控设备与环境高效交互,提升多资源协同频率调节的性能。仿真结果表明所提调频策略能够充分挖掘微网内多种资源的调频潜力,并有效提升调频性能。

孤岛微电网的虚拟同步发电机分布式协同二次调频控制

基于孤岛微电网中虚拟同步发电机一次控制存在的频率偏差问题,提出一种基于预定时系统的分布式二次频率控制策略。该策略通过预定时系统对一致性进行改进并适配虚拟同步发电机本体算法,使各逆变器仅依靠相邻单元的通信,即可实现系统有功缺额按容量分配与频率的无差控制。同时,预定时系统通过提前设定一致性的收敛时间,进一步提高频率的恢复速度,并且无需考虑初始容量与协议参数的影响,有利于分布式电源的即插即用,提高运行效率。最后通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性。

事件触发改进一致性算法的孤岛混合微电网并联互联变流器分布式协调控制策略

在交直流混合微电网中,并联互联变流器(parallel bidirectional power converters,BPCs)可以实现大容量的功率传输,以满足新型电力系统在空间上的供需匹配。如何在占用更少资源的同时协调控制BPCs实现功率的比例共享,是交直流混合微电网中BPCs控制的研究难点。因此,该文设计了一种针对BPCs的事件触发改进一致性协调控制策略。以归一化下垂控制为基础,提出了改进的比例功率一致性算法,实现BPCs间高精度比例功率共享。在此之上,基于BPCs比例功率误差建立事件触发改进一致性算法,并预设触发函数的预判阈值,从而降低系统在稳定状态下的通信次数。最后进行仿真对比分析,结果表明该文提出的方法相比基本一致性算法通信量减少98.35%;同时,与现有控制策略相比,该文提出的方法有着更好的控制性能。

通信延迟下的分布式孤岛微电网有限时间二次频率控制

针对孤岛微电网中存在通信延迟的频率恢复问题,研究了孤岛式微电网的分布式二次频率控制,提出了一种最优分布式控制策略。该策略的显著特征在于考虑了所设计的控制器中存在通信延迟的情况,通过在最优分布式控制中加入延迟补偿项,进一步降低了对通信网络的依赖。与传统控制方法相比,所提策略在有限时间内消除了频率偏差并实现了有功功率分配,系统的可靠性得到了进一步提高。最后在MATLAB/Simulink环境下构建了由4个分布式电源(distributed generator,DG)单元组成的孤岛微电网测试系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。

事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

基于双人零和博弈的孤岛微电网有界L2增益负荷频率控制

针对含不确定建模误差和新能源接入的孤岛微电网,提出了一种结合有界L2增益基线控制和扰动补偿的综合负荷频率控制(LFC)方法。首先,推导了微电网的全驱模型,将建模误差和新能源的影响总结成一个综合扰动。为提高系统的鲁棒性,该综合扰动被定义成控制信号的对手玩家。进一步,关于扰动抑制的有界L2增益问题被等价成求解综合扰动和控制信号的零和博弈Nash均衡,由此推导出有界L2增益基线控制器。为改善频率的二次控制,设计了基于五阶广义积分观测器的扰动补偿控制,并在此基础上引入了一种针对发电速率约束(GRC)的新型抗发电速率约束(anti-GRC)措施。最后,搭建了16 MW的新能源-柴油混合微电网仿真模型,并在多种工况下对所提出的综合LFC方法进行测试,验证了其有效性。

考虑构网型和跟网型变流器的孤岛微电网小信号稳定性分析

由电力电子设备主导的孤岛微电网面临系统惯量小、无频率支持而导致的稳定性问题,恒功率负荷的渗透也加剧了系统的失稳风险。研究了由构网型变流器和跟网型变流器为主导的,计及恒功率负荷的孤岛微电网稳定性。首先,建立了孤岛微电网系统的全阶小信号模型,通过特征值分析法研究了构网型变流器控制中下垂系数对稳定性的影响并得到了下垂系数的数值上界;其次,通过参与因子法揭示了系统参数和控制参数对小信号稳定性的影响;最后,在Matlab Simulink中建立了该孤岛微电网的开关模型,仿真验证了小信号分析结果的准确性。

孤岛直流微电网的多储能SOC稳定均衡控制策略

孤岛直流微电网一般需要配置多组储能单元保证系统稳定性。为实现多储能单元在充放电过程中荷电状态(state-of-charge,SOC)均衡,防止过充过放加速老化,提出了一种改进SOC稳定均衡控制策略。首先,利用幂指函数嵌套反正切函数构建下垂系数与SOC的关系,合理设计下垂系数中加速因子与收敛因子参数使SOC快速达到均衡状态,实现自适应控制。其次,引入母线电压与虚拟压降二次补偿,减少母线电压波动同时忽略线路阻抗影响,提高电流分配精度。然后,通过频域根轨迹分布,讨论该策略控制参数对系统稳定的影响。最后,仿真结果验证了所提控制策略在正常充放电、负载或光伏功率波动、储能单元额定容量不同等工况下均能更好地实现SOC快速稳定均衡,电流精确分配,母线电压偏差较小且稳定性更强。

考虑非线性阻尼效应的孤岛微电网暂态稳定性分析及提升策略研究

随着可再生能源发电及并网技术的快速发展,以电力电子变流设备为主导的微电网受到了越来越多的关注。由于电力电子变流器的低惯量和强非线性特征,孤岛微电网在大扰动下易发生暂态失稳。考虑微电网中构网逆变器与跟网逆变器的交互作用,提出1种基于等面积法则的暂态稳定性判据和暂态稳定提升控制策略。首先,建立了孤岛微电网的简化二阶动态模型,包含依赖于功角的非线性阻尼项。然后,从能量角度分析了非线性阻尼对加减速面积的影响规律。考虑非线性阻尼的分布特性,推导出正阻尼区域内的暂态稳定性判据。根据稳定边界条件,提出1种基于电压前馈的暂态稳定性提升控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink仿真对所提稳定性判据和改进控制策略的有效性进行了验证。结果表明,所提微电网暂态稳定性判据和改进控制策略可为电力电子变流器的参数优化设计和提高微电网稳定运行能力提供理论依据。

计及下垂曲线与储能的孤岛微电网分级调度策略

目前国内孤岛微电网运行调度中分布式发电(distributed generation,DG)电源被统一处理为传统发电机的PQ模型,与微电网实际情况不一致,同时较少有文献考虑电压潮流约束,为此,考虑下垂控制DG静态模型,计及潮流非线性约束,提出含可再生能源出力、储能充放电的孤岛微电网分级调度策略;同时,考虑DG下垂特性与潮流非线性约束,上级孤岛微电网经济、安全运行调度依靠集中优化控制器进行,控制下级DG各类静态参数及各储能装置充放电功率;下级依靠传统下垂控制在上级控制参数下实时调整有功、无功出力,维持系统频率、电压稳定。上述模型采用YALMIP+IPOPT程序进行求解,以14节点系统为例开展模拟仿真。仿真结果证明:所提模型及其求解方法可以有效求解孤岛微电网经济及安全运行调度模型,在稳定并提高系统电压水平、降低孤岛微电网运行费用方面具备显著优势。

孤岛微电网固定时间分布式鲁棒二次控制

针对孤岛微电网实际运行过程中出现的未知外部扰动,提出了一种固定时间分布式鲁棒二次控制算法,实现了电网频率一致性控制,有效抑制了不确定干扰,提高了系统的鲁棒性能。首先,通过设计基于饱和函数的新型控制算法,有效地解决了现有控制器高频切换引发的抖动问题。同时确保二次控制能够在固定时间内达到稳定状态,且收敛时间上界不依赖于任何初始状态。然后,在设计控制算法的基础上,采用改进的分布式事件触发机制,在满足收敛速度和达到电网频率一致性的基础上减轻了通信负担,减少了控制器更新的频率,显著降低了通信资源的消耗,并排除了Zeno行为。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台验证了所提控制算法的有效性。

时滞孤岛微电网负荷频率控制系统在采样控制下的指数稳定

孤岛微电网配有开放式通讯网络。通讯信息不可避免存在的延迟,会对系统的稳定造成显著影响。针对变时滞影响下的孤岛微电网负荷频率控制系统的稳定性问题进行了研究。首先,建立了考虑时滞的孤岛微电网负荷频率控制系统模型,并据此推导出含时滞项的系统状态方程。然后,在基于采样的事件触发非周期间歇控制策略下,通过数学推导证明了系统在变时滞的影响下能够实现指数稳定。最后,通过仿真分析,验证了所提控制策略的有效性,并将其与最近提出的基于状态控制宽度的事件触发非周期间歇控制策略进行了对比。结果显示,相较于后者,提出的控制策略在系统稳定性方面表现更为高效,且所需的控制次数更少。

孤岛微电网系统的混合控制策略及动态滤波技术研究

应用于孤岛型微电网以实现频率控制功能的传统控制器多为分数阶PID(fractional order PID,FOPID)控制器及模糊分数阶PID(fuzzy fractional order PID,FFOPID)控制器,二者的控制性能均存在局限性。针对这一问题,设计了一种变论域混合FFOPID控制器,用于提高孤岛微电网的频率控制性能。通过对比FOPID、FFOPID以及变论域混合FFOPID3种控制器作用时的不同效果,证明了变论域混合FFOPID控制器相比其他控制器对于孤岛微电网的频率控制有着更好的控制性能。同时考虑了反馈信号受到测量噪声干扰时对控制器的控制性能产生影响进而使得孤岛微电网频率波动增大的情况,并针对此问题使用了动态数据校正(dynamic datareconciliation,DDR)滤波技术。通过对比时域仿真中FOPID、FFOPID以及变论域混合FFOPID控制器各自作用时孤岛微电网频率偏差的输出结果,验证了DDR滤波技术对孤岛微电网的频率控制的显著效果。