Stability Analysis of DC Microgrid Clusters Based on Step-by-step System Matrix Building Algorithm

DC microgrids(DCMGs)are made up of a network of sources and loads that are connected by a number of power electronic converters(PECs).The increase in the number of these PECs instigates major concerns in system stability.While interconnecting the microgrids to form a cluster,the system stability must be ensured.This paper proposes a novel stepby-step system matrix building(SMB)algorithm to update the system matrix of an existing DCMG cluster when a new microgrid is added to the cluster through a distribution line.The stability of the individual DCMGs and the DCMG cluster is analyzed using the eigenvalue method.Further,the particle swarm optimization(PSO)algorithm is used to retune the controller gains if the newly formed cluster is not stable.The simulation of the DCMG cluster is carried out in MATLAB/Simulink environment to test the proposed algorithm.The results are also validated using the OP4510 real-time simulator(RTS).

基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提高,交直流混合微电网集群逐渐成为新型电力系统的弹性解决方案。考虑到实际运行中各子电网优先级和电能质量需求存在差异,该文提出一种基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略,以实现系统的弹性功率交互。首先,通过将归一化的交流频率和直流电压值作为子电网的状态偏差因子,以最小化全局总偏差因子为目标构建了用于交直流混合微电网集群的最优电力交换模型,该模型充分考虑了子电网的优先级指数和供电容量;其次,基于最优电力交换目标,提出用于双向互联变流器的准下垂控制策略,由于该策略中双向互联变流器仅需检测本地交流频率/直流电压的状态偏差因子,因此可以实现对交直流混合微电网集群整体偏差因子最小化的分散式最优功率自主协同控制;最后,构造了两个仿真实例,并利用半实物仿真系统验证了所提策略的有效性。

多变流器互联交直流微网集群一致性功率协同控制

为增强多变流器互联交直流微网集群系统运行稳定性、可靠性及控制灵活性,本文提出一种一致性功率协同控制策略。控制系统包含互联变流器(DC-DC、DC-AC)柔性控制和交、直流微电网下垂控制等。互联DC-AC和DC-DC均采用双环控制,外环将一致性耦合控制和功率分配环节相结合,内环分别采用虚拟同步控制和移相控制。本文所提控制方法,系统仅基于就地量测频率或直流电压等信息,可同时实现子系统间功率协同互济、多互联变流器功率分配及多运行模式自适应平滑切换等目标。最后通过PSCAD/EMTDC仿真模型对所提方法的有效性进行了验证。

一种微网群架构及其自主协调控制策略

微网群作为多个交、直流子网的互联系统,其组成结构的复杂性增加了微网群的功率协调控制难度。提出一种微网群架构及其自主协调控制策略,该架构主要包括交、直流子网,功率交换单元(PEU)和能量池(EP)。PEU主要用于协调微网群内各子网与EP进行功率交换,使得各子网实现能量互济,并维持各子网母线电压及频率的稳定;EP主要用于维持EP直流侧母线电压的稳定运行,并实现对PEU所需交换净功率的合理分配。针对PEU和EP分别提出基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法和分层协调控制方法,有效地实现了微网群的自主协调控制。仿真与实验结果都证明了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性。

基于模糊RBF神经网络的直流微电网并网等效建模

针对直流微电网系统的并网仿真问题,提出了一种基于模糊径向基(fuzzy radial basis function)神经网络的直流微电网动态等效建模方法。利用直流微电网并网接入母线端量测电压、电流和功率数据,构建基于径向基神经网络的并网等效模型。利用模糊聚类规则训练人工神经网络,并利用改进细菌觅食算法进行神经网络结构和参数的辨识。提出的模型能够反映直流微电网的整体动态特性,能够跟踪微电网不同运行方式下的网络拓扑和结构变化。该等效模型及建模方法为直流微电网及其并网仿真分析提供了一种思路和解决办法,仿真结果验证了所提方法的合理性和可靠性。

基于共识算法的直流微网群分布式优化调度策略

近年来,以直流单微网为构成单元的直流微网群因其具有新能源渗透率更高、稳定性更强、能效更好等优势越来越受重视。针对直流微网群提出了一种完全分布式优化调度策略,实现了直流微网群各分布式发电机(distributed generators,DG)与发电成本和碳排放有关的增量成本一致性目标。通过分布式通信结构对目标函数分别在微网层、网群层改进共识算法迭代寻找最优功率分配比例。以寻优结果为指令并考虑直流微网群中线路电阻对功率比例均分精度的影响设计了新型下垂控制器调度各微源,实现了直流微网群经济低碳运行。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建了仿真模型,验证了所提控制策略的可行性。

直流微电网集群多状态运行分级协调控制策略

为了对直流微电网集群进行协调控制并对其进行能量管理,提出一种多状态运行分级协调控制策略。该策略采用子微电网设备级控制与集群系统级控制的两级分级方式,在保证本微电网正常运行前提下利用分布式一致性算法控制集群微电网母线电压,并利用直流区域控制误差控制方法控制集群联络线功率。集群运行根据网内储能单元荷电状态值划分为多个运行状态,并针对不同运行状态制定不同的联络线功率控制策略,使集群内各子微电网在不同运行状态下的运行更加合理。最后,通过MATLAB/Simulink软件对所提控制策略在多工况下进行验证,结果表明采用所提控制策略时系统电压水平可以提高至额定电压附近,同时可以根据联络线功率控制策略在多个运行工况下切换并实现控制目标。

直流微电网集群的大信号稳定性分析

直流微电网集群通常由多个直流微电网互联而成,通过灵活的功率流动控制实现区域能源共享和优化利用,以充分发挥直流分布式发电系统的优势。然而,小规模直流微电网具有低惯性和高阻抗的“弱电网”特性,“弱-弱”互联会降低集群系统的阻尼,甚至出现振荡或系统崩溃等严重后果。同时,直流微电网集群的高阶、强耦合以及非线性动态特性也对其稳定性分析带来了巨大挑战。为此,基于Brayton-Moser混合势理论,提出针对直流微电网集群的大信号稳定性分析方法。建立集群的大信号降阶模型,详细推导用于系统大信号稳定性判据的混合势函数,并分析关键参数对稳定区间的影响,最后通过实时仿真结果验证了该分析的正确性。

基于柔性直流互联的多微网集成聚合运行优化及分析

为解决多微网集成聚合控制与运行管理问题,提出一种多微网柔性直流互联方案及多目标优化调度方法。首先介绍了多微网柔性直流互联结构和电压源型变流器(VSC)模型。然后,以微网中电压波动最小和系统网损最小为优化目标,综合考虑交流系统、直流系统和VSC的运行约束,提出了基于柔性直流互联多微网的多目标优化模型。最后,采用改进非劣排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)和交直流混合潮流算法对多目标优化模型进行求解,得到帕累托(Pareto)最优解集,针对Pareto最优解集中解的数量大的问题,提出采用模糊聚类法对Pareto最优解集进行筛选,得到最终优化调度方案。对算例进行了仿真分析,结果表明所提模型和算法能够有效抑制微网电压的波动,进而提高可再生能源的渗透率,同时保证系统的经济运行。

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。

新型配电系统形态特征与技术展望

"碳达峰、碳中和"目标下,配电系统逐渐发展为具有电能汇集、传输、存储和交易功能的新型区域电力系统,具有了新的形态和特征。在此背景下,首先从分布式新能源接入、电能替代、电力电子应用及数字化技术4个方面出发,对"双碳"背景下配电系统的新特性进行了总结;然后对其面临的静态问题、动态问题和管理问题进行了分析,并提出了未来低碳化新型配电系统的形态格局构想,对分布式电源与微电网技术、源荷互动技术、直流配电技术以及数字化管理技术等支撑新型配电系统建设的关键技术进行讨论,分析了现阶段成果与新型配电系统需求之间的差距;最后,凝炼了新型配电系统建设面临的关键科学问题,并对其未来技术发展方向提出了建议。

交直流混合微电网群分布式自治经济控制策略

为实现交直流混合微电网群在孤岛状态下的自治经济控制,提出一种基于离散一致性原理的分布式控制策略。该控制策略包含子微网控制与微电网群间控制2个层面。在子微网控制层面,通过在传统经济下垂控制中引入成本、频率、电压及无功分配的二次调整项,实现了子微网的自治稳定与功率经济分配;在微电网群间控制层面,通过构造基于成本微增量偏差值的换流站本地控制策略,并进一步引入基于离散一致性的二次调整项,实现了功率在不同子微网间的经济分配。2层控制策略相互配合,共同实现对交直流混合微电网群的分层–分布式自治经济控制。最后,基于所建交直流混合微电网群模型的仿真结果,验证了所提方法的有效性。

孤岛交直流混合微电网群多级功率管理策略

为实现孤岛交直流混合微电网群的稳定优化运行,提出一种多级功率管理策略。该策略包含两部分:多级功率分配控制策略和多级功率互动管理策略。多级功率分配控制策略通过功率自治级、功率互助级和功率平衡级等三级控制,实现系统功率的分散管理。考虑系统互联通信正常和通信故障2种运行情况,提出一种适用于交直流混合微电网群的多级功率互动管理策略,实现各功率分配级之间合理的切换管理,保证孤岛系统的供电质量,并减少系统功率互动损耗。设计事件触发控制器,实现多级功率互动管理策略仅在事件触发时刻进行数据交换,降低系统对通信网络的要求。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提控制策略的有效性。

直流配电下多微网系统集群控制研究

构建高效、低耗、可靠的直流配电系统是实现直流型分布式电源与直流型负载灵活组网及供需互动的有效途径,是交流配电之外未来配网的重要发展方向。该文对直流配电下多个直流微网进行集群控制的典型特征和拓扑结构进行了阐述。在直流型分布式电源以直流多微网形式集群控制中,采用一种分散自律的控制架构,将每个直流微网以多分段P/U曲线进行描述,多个直流微网基于各自P/U曲线进行功率分散管理,同时基于变流器实现混合自律控制。基于PSCAD/EMTDC建立直流微网群对等互联仿真模型,通过设置不同运行场景,验证了多个直流微电网以集群的形式运行可提高低压区域的自治能力和能源利用效率,最大程度地适应高比例直流型分布式电源并网的动态特性。

基于二阶段鲁棒博弈模型的微电网群及混合交直流配电系统协调能量管理策略研究

随着可再生能源技术的迅速发展,微电网及其群落出现在配电网中。高渗透率的可再生能源给配电系统带来较高的不确定性,此外,多市场主体下的复杂博弈关系,在系统层面进一步加深不确定性的影响。然而,具有高灵活性和可控性的混合交直流配电系统为解决上述问题提供了有效途径。基于此,该文提出一种基于二阶段鲁棒博弈模型的混合交直流配电系统协调能量管理方法,该方法旨在协调混合交直流配电网与微电网群间的功率交互,通过寻找模型的均衡点,可为每个市场主体提供最佳的能量管理决策,实现各方收益的均衡化,促进电力市场开放和发展。除了考虑经济因素外,为了抑制可再生能源出力不确定性对电力市场主体间功率交互的影响,在模型中还增加了鲁棒优化,通过对交直流变流站的优化控制与实时管理,抑制不确定性对系统稳定性的影响,实现配电系统安全经济运行。最后,通过对改进的IEEE-33节点混合交直流配电系统算例进行分析可知,所提方法实现了各方主体收益的均衡化,并能维持系统电压在规定范围内,有效实现了配电网与微电网的协调发展。

基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制

为了确保配网故障时直流微电网群的稳定运行,本文根据子微网的运行工况,将微网划分不同的运行模式,提出一种基于储能自适应下垂控制的协调控制策略来确保母线电压稳定。该策略通过微网中央控制器实时检测公共直流母线电压波动控制各子微网间并联或独立运行,从而来维持各子微网直流母线电压稳定。同时,采用自适应下垂控制协调并联运行的子微网中储能单元根据各自荷电状态和最大输出能力自动分配负荷功率。利用MATLAB/Simulink搭建直流微电网群仿真模型,仿真结果表明该策略可协调直流微电网群母线电压稳定并可自动分配不同储能单元之间的负荷功率。

柔性互联直流微网群一致性协调控制

通过隔离双向直流-直流(direct current-direct current,DC-DC)换流器互联多直流微电网,不仅能实现子微网间有效电气隔离及故障隔离,还可灵活控制互联功率。为提升基于隔离双向DC-DC换流器互联直流微电网集群系统稳定性和可靠性,提出一种一致性协调式控制策略,使得整个集群形成一有机整体。无论哪一直流微电网发生功率扰动,均可实现系统内所有平衡单元联动,为受扰微电网提供紧急功率支撑,改善受扰微网直流电压动态特性,减小受扰电网直流电压稳态偏差,且扰动功率由全系统平衡单元依据其等效功率分配系数比合理承担。此外,所提控制策略仅仅利用就地测量信息,无需子系统间相互通信,可靠性高。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。

直流微网群联络线功率波动平抑策略研究

文章提出了基于"独立平抑-联合修正"的双阶段直流微网群功率平抑控制策略。在子微网独立平抑阶段,各子微网中净负荷功率波动较小,混合储能仅针对其所在的子微网净负荷进行功率平抑。在子微网联合修正阶段,微网群中净负荷功率波动较大,以平抑直流微网群与交流配电网之间的功率为优化目标,采用粒子群算法,修正子微网内混合储能的功率指令。仿真分析表明,文章提出的控制策略能取得很好地交换功率平抑效果。