Planning of DC Electric Spring with Particle Swarm Optimization and Elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm

This paper addresses the planning problem of parallel DC electric springs (DCESs). DCES, a demand-side management method, realizes automatic matching of power consumption and power generation by adjusting non-critical load (NCL) and internal storage. It can offer higher power quality to critical load (CL), reduce power imbalance and relieve pressure on energy storage systems (RESs). In this paper, a planning method for parallel DCESs is proposed to maximize stability gain, economic benefits, and penetration of RESs. The planning model is a master optimization with sub-optimization to highlight the priority of objectives. Master optimization is used to improve stability of the network, and sub-optimization aims to improve economic benefit and allowable penetration of RESs. This issue is a multivariable nonlinear mixed integer problem, requiring huge calculations by using common solvers. Therefore, particle Swarm optimization (PSO) and Elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) were used to solve this model. Considering uncertainty of RESs, this paper verifies effectiveness of the proposed planning method on IEEE 33-bus system based on deterministic scenarios obtained by scenario analysis.

基于模型预测的直流微网多电力弹簧协同控制策略研究

针对新能源接入、负荷投切所导致的直流微电网电压质量下降与系统呈现低惯性的问题,传统惯性控制随着电网规模的扩大适应性降低,因此提出一种多直流电力弹簧(DC electric springs,DCESs)单元下的直流微网电压协同控制策略,首先采用分布式一致性算法通过稀疏通信网络交换本地信息与相邻信息,求解全局母线电压平均值,并引入积分环节提高传统通信方式的收敛性。接着考虑系统负荷投切以及源侧功率波动导致的电压突变,基于DCES中的双向全桥DC/DC变换器构建预测模型,令各DCES根据系统功率波动状态自适应求解最佳虚拟电容值,平滑直流母线电压,提升了动态响应速度,同时分析了系统电压的收敛性与稳定性。最后通过MATLAB/Simulink在随机波动负荷、实际光伏场景下从电压质量、即插即用性能、系统惯性3个方面验证了模型的有效性,所提出的控制策略在保证系统电压平稳的同时,具有更优的动态响应能力。

基于能量函数塑形的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法

直流微电网低惯性响应特性常导致系统存在不确定性扰动时母线电压波动越限。针对这一问题,文中以直流电力弹簧(DCES)为核心构建智能负载,解析直流电机动能与智能负载惯量能量间的映射关系,实现需求侧等效虚拟惯量注入,快速补偿不确定性扰动造成的DCES输出电压偏差;针对多DCES协同控制,设计动态事件触发机制,以最小通信需求求解全局一致性误差,实现各DCES输出电压期望轨迹实时在线更新;提出了具有最小相位特性的反馈线性化控制器,将传统电压-电流双环控制转化为能量单环控制,构建DCES能量函数,重塑状态变量空间为Grassmann流形,实现系统完全解耦和精确线性化转换,准确跟踪各DCES输出电压期望轨迹,同时确保全局渐近稳定。基于dSPACE的实验结果表明:系统存在外部不确定扰动和内部参数摄动情形下,所提方法可实现直流微电网母线电压的平稳控制,具有动态响应快、稳定性好、鲁棒性强、抗扰性优的特点。

基于直流电气弹簧的直流配电网电压波动抑制

直流配电网直接面向直流供用电设备,便于实现可再生能源的并网集成和直流负荷的高效用电,具有重要的应用前景。在直流配电网中,为了平抑由可再生能源引起的节点电压波动,该文提出直流电气弹簧的概念。利用电力电子变换器调节直流配电网中的可控负荷,使其跟随可再生能源出力的波动性和不确定性,实现对波动功率的就地平衡,避免间歇性潮流在配电线路上的传输,从而有效抑制直流配电网的电压波动。针对一个典型的直流配电网,在建立物理模型和电路模型的基础上,利用数学模型分析了电压波动问题的成因及其影响因素;然后提出了直流电气弹簧的数学模型、参数设计、控制策略和有效边界条件,对直流配电网的电压波动进行平抑;最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,验证了所提控制方法的正确性和有效性。

不平衡电网下储能系统直流纹波分析及抑制策略

针对微电网中三相逆变器接不平衡负荷在储能变流器直流侧引入低频纹波的问题展开研究。通过建立三相两电平变流器开关函数等效模型,分析了低频电流纹波的产生原因,指出直流电流的低频分量主要由不平衡负荷的负序分量引入,且与微网内三相负荷的不平衡度成正比。为降低低次谐波对系统振荡的影响,提高微电网运行的可靠性,提出一种基于重复+比例积分复合控制的Buck-Boost型直流电力弹簧的低频电流抑制方法,并根据建立的电力弹簧小信号频域模型,利用小增益原理对所提出的复合控制策略的稳定性进行了分析,并对重复控制关键环节及参数进行设计。最后,利用Matlab/Simulink仿真模型及2 kV•A实验样机验证了所提方法的有效性。

基于微分平滑理论的多直流电力弹簧电压平稳控制方法

为实现含高比例可再生能源情形下直流微电网母线电压的平稳控制,提出基于微分平滑理论的多直流电力弹簧(DCES)协调控制方法。针对直流微电网多DCES非线性特性与多运行工况,上层设计微分平滑控制方法,直接补偿非线性分量,确保在可再生能源出力波动、系统参数摄动情形下直流母线电压平稳,提升系统稳定性与鲁棒性,同时为下层控制提供电感电流参考轨迹;下层控制设计基于DCES工作模态的模型预测控制方法,通过简化寻优计算量,确保系统动态响应的快速性,无需通信,即可实现电感电流参考轨迹跟踪与各段直流母线电压波动平抑。基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于d SPACE的实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

考虑通信时延的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法

通信时延是影响微电网多直流电力弹簧(DC electric spring,DCES)分布式控制性能的关键因素。针对最大时延边界求解准确性与控制器设计复杂性间的矛盾,应用微分平滑理论,提出一种多DCES分布式电压平稳控制方法。功率外环考虑通讯时延对直流母线功率精准分配影响,设计牵制一致性控制方法,构建具有动态可逆特性的微分平滑控制律,实现非线性系统输出特性的线性化转化,快速准确求取DCES滤波电感电流期望轨迹;电流内环设计基于DCES开关模态的模型预测方法,以DCES滤波电感电流期望轨迹快速跟踪为目标设计评价函数,快速求取DCES最优开关模式,实现直流母线电压平稳控制。基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于dSPACE的实验结果验证了所提控制方法具有计算量小、稳定性好、鲁棒性强的特点。

基于一致性理论的直流微电网多电力弹簧分布式电压平稳控制方法

针对直流微电网高比例可再生能源的功率波动和直流电力弹簧(DC electric spring,DCES)参数摄动对系统电能质量的影响,提出一种简单的多DCES分层控制策略,实现直流母线电压平稳与关键负载的可靠运行。下层控制设计基于DCES开关模态的模型预测方法(model predictive control,MPC),建立以快速跟踪电感电流期望轨迹为目标的系统评价函数,实现各段直流母线电压波动的快速平抑。上层控制采用一致性算法动态调节直流电压母线参考值,同时求取下层控制器所需的电流期望轨迹,仅需本地信息和相邻信息即可实现多DCES的协调控制和直流母线电压平稳控制,闭环控制系统的全局稳定性可由Lyapunov稳定性定理证明。基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于dSPACE的实验结果验证了所提出方法具有动态响应快、稳定性好、鲁棒性高的特点。

双速传动装置滚棒离合器卡簧断裂故障分析

针对燃机出现的故障,即燃机在地面起动成功后,直流电机信号灯不灭,起动发电机无法从"起动机"转接到"发电机"工作状态,导致燃机停止使用,外场通过更换双速传动装置确定了故障部位,待燃机返厂后,对故障的双速进行了分解检查,确认是传动装置内滚棒离合器卡簧发生了断裂,并开展了一系列针对性的断口检查、故障件的解剖检查、机理分析、制造质量分析、弹簧表面的脱碳检查和故障模拟试验等综合分析工作,最终确定导致卡簧断裂故障产生的根本原因是前盖板和护圈等相配机件的加工质量问题,并制定了相应的改进措施,以预防该类故障的发生。

基于新型直流电力弹簧的光伏系统

针对光伏发电系统功率输出随机性强、波动性大问题,提出了一种基于新型直流电力弹簧(DCES)的独立光伏系统,以提高关键负载电能质量。首先建立DCES的拓扑结构及相应控制策略,然后对系统提出一种能量管理算法,且详细研究了DCES的建模及控制器参数设计,使得关键负载的电压能跟踪给定值。最后,基于MATLAB/Simulink仿真结果,验证所提出的DCES能抑制直流非关键负载的电压,从而稳定直流关键负载功率和电压。

直流电力弹簧研究进展及应用综述

在可持续发展战略的大环境下,越来越多的新能源接入电力系统。大量新能源尤其是光伏发电的接入使直流电力系统的安全运行受到了一定的影响。直流电力弹簧(DCES)是一种用于稳定电压和提高电能质量新兴的技术。本文介绍了直流电力弹簧的背景,稳定电压的原理以及相关的发展状况并分析列举了一些DCES在工程上的相关应用,为直流电力系统稳定性的研究提供了参考。

考虑直流电力弹簧的“光储直柔”系统协调控制策略研究

分布式光伏输出功率产生的较大波动会对配电网的系统稳定性产生较大影响。“光储直柔”系统作为一种新型的建筑低压直流配电系统,是解决分布式光伏发电就地消纳和提升电网互动能力的重要方式,但是直接使用储能装置吸收光伏功率波动,所需储能容量较大,成本较高。直流电力弹簧作为新型的电力电子稳压装置,为消纳分布式光伏提供了新的解决办法,但是单个直流电力弹簧提供的电压调节能力相对较弱,针对这一问题,提出了一种基于下垂控制的多直流电力弹簧的协调控制策略。为合理利用建筑“光储直柔”系统的柔性调节能力,提出了一种考虑直流电力弹簧的“光储直柔”系统能量管理模式和协调控制策略,能在电网紧急情况下对电网提供有效支撑。最后在多场景下进行仿真验证,仿真结果证明了所提方法的有效性。