Coordinated control of coastal multi-source multi-load system with desalination load: a review

Traditional seawater desalination requires high amounts of energy, with correspondingly high costs and limited benefits, hindering wider applications of the process. To further improve the comprehensive economic benefits of seawater desalination, the desalination load can be combined with renewable energy sources such as solar energy, wind energy, and ocean energy or with the power grid to ensure its effective regulation. Utilizing energy internet(EI) technology, energy balance demand of the regional power grid, and coordinated control between coastal multi-source multi-load and regional distribution network with desalination load is reviewed herein. Several key technologies, including coordinated control of coastal multi-source multi-load system with seawater desalination load, flexible interaction between seawater desalination and regional distribution network, and combined control of coastal multi-source multi-load storage system with seawater desalination load, are discussed in detail. Adoption of the flexible interaction between seawater desalination and regional distribution networks is beneficial for solving water resource problems, improving the ability to dissipate distributed renewable energy, balancing and increasing grid loads, improving the safety and economy of coastal power grids, and achieving coordinated and comprehensive application of power grids, renewable energy sources, and coastal loads.

A New Design of Robust H∞Load-Frequency Controller for Optimal Coordination of Energy Generation in Power System Stability Using LMI Approach

This paper presents the problem of robust H∞?load frequency controller design and robust H￥ based approach called advanced frequency control (AFC). The objective is to split the task of balancing frequency deviations introduced by renewable energy source (RES) and load variations according to the capabilities of storage and generators. The problem we address is to design an output feedback controller such that, all admissible parameter uncertainties, the closed-loop system satisfies not only the prespecified H∞? norm constraint on the transfer function from the disturbance input to the system output. The conventional generators mainly balance the low-frequency components and load variations while the energy storage devices compensate the high- frequency components. In order to enable the controller design for storage devices located at buses with no generators, a model for the frequency at such a bus is developed. Then, AEC controllers are synthesized through decentralized static output feedback to reduce the complexity. The conditions for the existence of desired controllers are derived in terms of a linear matrix inequality (LMI) algorithm is improved. From the simulation results, the system responses with the proposed controller are the best transient responses.

Research on the Influence Factors and Coordinated Control Strategies between Unit and Grid for Isolated Power System

As the existing coordinated control strategies between grid and unit have limitations in isolated power system, this paper introduces new coordinated control strategies which can improve the stability of isolated system operation. This paper analyzes the power grid side and unit side influence factors on the isolated power system. The dynamic models which are suitable for islanding operation are applied to simulate and analyze the stability and dynamic characteristics of the isolated power system under the conditions of different load disturbances and governor parameters. With considering the differences of frequency characteristics between the interconnected and isolated power system, the adjusting and optimization methods of under frequency load shedding are proposed to meet the frequency stability requirements simultaneously in the two cases. Not only proper control strategies of the power plant but the settings of their parameters are suggested to improve the operation stability of the isolated power system. To confirm the correctness and effectiveness of the method mentioned above, the isolated system operation test was conducted under the real power system condition, and the results show that the proposed coordinated control strategies can greatly improve stability of the isolated power system.

基于模糊神经网络的微电网荷储协调智能控制方法

针对传统比例-积分-微分(proportional integral derivative,PID)控制和模型论控制方法难以应对新型电力系统背景下微电网面临的运行场景复杂多变的问题,提出了基于模糊神经网络的微电网荷储协调智能控制方法。首先确定了微电网模糊控制输入及输出变量,以平抑净负荷波动及减少储能充放电频次为目的,将微电网控制经验总结成模糊规则表,采用神经网络深度学习算法修正模糊控制模型的隶属度函数中心、宽度和输出权重来提高模型的自适应能力,从而制定了可调控负荷和储能的功率控制系数;进而针对模糊神经网络控制输出的负荷调控需求量在各可调控负荷间分配的问题,提出了基于灵活性供给指标排序的负荷调控优先级选择方法,最终完成了微电网系统储能单元和可调控负荷控制策略的制定。某典型微电网系统算例仿真结果表明,所提方法制定的各可调控负荷与储能控制策略能在避免储能频繁和过度充放电的同时,在并网状态下有效减弱并网功率对上级电网造成的随机扰动,在孤岛状态下能够有效平抑系统功率波动,提升系统运行稳定性。

基于牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略

近年来,随着“双碳”政策的推动,储能技术在城市轨道交通中的应用愈发广泛,呈现出点到线的发展趋势。当一条线路中有多站安装储能装置时,想要进一步提升储能系统的节能效果,必须要解决不同站储能装置的充放电策略个性化设计,以及多储能间协调控制这两个问题。因此,该文提出一种基于实时牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略。该策略基于多个牵引变电站的空载电压和牵引网电压,对能量管理区间内的列车状态和列车剩余功率进行辨识,基于此计算区间内储能装置的充放电阈值基准值初值及基准值变化的斜率。为进一步提升节能和稳压效果,该策略基于充放电周期、牵引网电压超限频次及储能系统的荷电状态(SOC)等参数,对基准值及其更新斜率进行实时校正。该文在北京地铁的实际线路中进行了验证,结果表明,相较于基于本站空载电压的能量管理策略,提出的策略在降低系统能耗和稳定牵引网电压方面都具有显著的改善效果。

基于储能有功功率与OLTC协调的配电网电压控制

高比例光伏系统接入配电网会引起电压越限,传统无功电压调整方案在高阻抗比配网中失效,利用储能系统有功功率实现电压控制的技术方案被广泛采用,但现有技术方案中的储能系统在电压控制过程中可能产生过度充放电问题。针对这些问题,提出了一种基于储能有功功率与有载调压变压器(on-loadtapchanger,OLTC)协调的配电网电压控制策略。在分析光伏接入对配电网电压影响的基础上,利用测量得到的电压数据控制储能有功功率,实现对接入节点电压水平的快速调控;同时在OLTC控制环节加入储能荷电状态参考量,利用节点电压信息与储能荷电状态共同控制OLTC分接头动作,实现对配电网整体电压水平调控的同时避免了储能系统过度充放电。最后在IEEE 13节点系统中进行仿真验证,结果表明所提策略能够解决配电网内电压越限问题,避免储能系统过度充放电,从而延长储能系统的使用寿命,实现对配电网内资源的合理利用。

利用热网蓄能辅助供热机组调频的控制研究

随着如风电、太阳能等可再生能源的并网,使得火电机组需要进行深度调峰且快速响应调度指令。然而,传统的负荷调节控制方法难以使得机组应对调度指令的频繁变化。火电机组热网包含着大量的管道与热力设备,它们均具有很强的蓄热能力,合理利用其蓄热可在短时间内提升机组负荷响应速度。针对上述问题,对利用热网蓄能辅助供热机组负荷调节进行了研究,并设计了基于调度指令与负荷响应偏差的协调控制系统。仿真结果表明,所设计的协调控制系统能够提高机组负荷响应调度指令的能力,且保证供热压力的稳定。

有源前端组网的直流船舶电网高能效运行控制

直流船舶电网为航运业绿色转型提供了有效可行的解决方案。考虑到实际船舶的运行工况,本文提出一种分层协调控制策略,主要用于有源前端组网的直流船舶电网中功率单元协调运行的设备层控制系统和功率层控制系统。其中,设备层控制系统负责实现发电机组转速的无静差跟随与不同容量柴油发电机组间的动态/稳态功率共享;功率层控制系统负责提升母线电压质量,提高系统能效。最后,利用仿真与半实物仿真系统对控制策略进行验证,结果表明该控制策略可有效提高系统运行能效,最高节省约10%的燃油。

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。

配电网多端柔性互联协调控制策略

随着社会经济的快速发展和新型电力系统建设的加快推进,柔性互联逐渐成为配电网网架升级和灵活调控能力提升的重要技术手段。针对多端柔性互联系统的功率控制需求,提出了一种面向工程应用的功率协调控制策略,包括在部分馈线重载时合理分配功率的重载限制控制,以及在所有馈线重载时优化潮流分布的功率均衡控制。基于所提策略开发了柔性互联协调控制装置并应用于实际工程。基于电网真实数据的案例分析和工程实测数据验证了所提策略能够应对不同负荷/电源特性的配电网柔性互联场景,有效解决配电网中馈线重载和光伏倒送的问题,提高配电网的供电效率和安全性。

基于负荷准线的5G基站虚拟电厂优化控制方法

在新型电力系统中,亟待深度挖掘需求侧资源以提升系统灵活性和新能源消纳能力。在“新基建”背景下,5G基站作为一种新型需求侧资源正迅速发展。研究如何在保证基站备用需求的前提下,由铁塔公司组建含大规模5G基站的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)并常态化参与需求响应。首先,提出了考虑储能动态备用容量的5G基站运行可行域构建方法,建立了5G基站VPP的聚合模型。然后,建立了5G基站VPP响应负荷准线的日前优化模型,提出了适合对大规模5G基站进行协调控制的日内解聚合方法。最后,建立了含高比例新能源的区域电网仿真算例。仿真结果表明,聚合大规模基站参与准线型需求响应,可以显著降低5G基站的运行成本,同时提高电网的新能源消纳能力。

针对温控负载变化的虚拟电厂控制策略研究

温控负载是一种变化剧烈、波动频繁、高峰负荷比例较高的负载,对电网的安全产生了极大的影响。为了应对这一问题,系统的输出功率往往会超过90%负荷最大值的调峰限制。针对虚拟电厂(VPP)系统内的超限过程进行了研究,并提出了2种控制策略,以降低超限总电量或者利用超限电量的同时获取收益。在验证策略的控制效果时,选取了2种由温控负载引起的功率需求的典型变化。研究结果表明,温控负载引起的功率需求峰值的变化对策略具有重要影响。在安全模式下,超限比例与峰值的增加呈反比,而与平均功率的增加呈正比;在收益模式下,峰值变化会影响储能放电过程,平均功率变化则会影响储能充电过程。随着功率需求的增加,收益逐渐减小,收益范围为3.62万~3.25万元。

基于电压偏差和SOC的电氢耦合系统多源协调控制策略

在公路直流微电网中,电动汽车充电行为的时间特性和充电方式特性会对直流母线电压造成不同程度的冲击,高渗透率的电动汽车负荷对“源-荷-储”协调控制提出新的挑战。通过分析公路直流微电网的交通负荷特性和微源特点,提出了一种基于直流母线电压偏差的电氢耦合系统多源协调控制策略。此控制策略以蓄电池作为调压核心元件,通过检测变流器端口直流母线电压波动来实现协调自洽运行,无需通信即可实现系统的功率平衡。为避免蓄电池因荷电状态(SOC)过界而退出运行,设计了一种多源自适应下垂控制器,使氢能单元主动响应SOC变化,减少蓄电池SOC管理造成的不平衡功率,抑制SOC向边界值的趋近速度,实现SOC的动态平衡。最后,在Matlab/Simulink中验证了所提控制策略的有效性。

新一代低压直流供用电系统多工作模式下能量协调控制策略

新一代低压直流供用电系统(low voltage direct current supply and utilization system,LVDCSUS)强调了可再生能源的消纳以及直流用户侧电能产–销–储–用之间的协调统一,为推动直流用户侧灵活参与电力系统运行提供了全新思路。开展LVDCSUS用户侧电能的使用与生产相结合的研究,可有效挖掘直流用户侧的多元化电能资源灵活供给能力,为此该文首先依据LVDCSUS系统能量平衡关系将系统划分为全直流运行、余电上网运行、交流支撑运行3种运行模式;进而给出各模式下满足直流母线电压稳定、储能荷电状态均衡、灵活性电力资源利用三方面整体要求的协调策略;最后建立了多运行模式切换规则,实现通过切换多种运行模式改变能量协调控制策略,使LVDCSUS在稳定运行状态下主动参与电力系统能量互动。仿真结果验证了LVDCSUS多运行模式控制策略的有效性和可靠性。

面向全矢量线控车辆极限运动的分层式协同控制

装配四轮分布式驱动-转向(4WID-4WIS)底盘的全矢量线控车辆具备多可控自由度、高速稳定性强的特点,是极限工况稳定裕度和安全性较高的理想车型。为了解决全矢量线控车辆在极限工况下纵横向控制冲突危害行车安全的问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的分层式车辆纵向和横向运动协同控制方法。建立基于单轨模型的期望运动状态识别方法,设计模型预测控制器转换动力学目标,采用泰勒展开和前向欧拉方法对预测模型进行线性离散化处理;设计基于负荷率的轮胎力优化分配方法,利用反正切轮胎逆模型求解控制执行量。仿真结果表明,协同控制方法能显著提高车辆在不同路面下的极限运动稳定性,更精准地跟踪期望运动状态,扩大稳定裕度,保障行车安全。

大型飞机结构强度试验姿态转换与控制

针对以往大型飞机姿态转换过程存在潜在的胶布带脱落、局部失稳以及多种提升设备不协调等风险问题,提出一种大型飞机结构强度试验姿态转换与控制方法。通过设计位移提升装置和全浮动支持平台,确保飞机姿态转换系统安全可靠;应用协调加载控制系统,提出多点协调的位移提升控制方案,实现飞机姿态平稳转换和精准控制;研究飞机姿态实时测量算法,开发可视化监控系统,实现飞机姿态多维变量实时监控。通过全要素测试,验证了所提方法的合理性。试验结果表明:某大型飞机的姿态转换过程实现了多维度可视化监控,与传统方法相比,效率提升了约35%,可靠性及安全性大幅提升。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。

新型配电系统形态演化与安全高效运行方法综述

配电网是实现能源转型的重要支撑点,“双碳”目标驱动的配电网将发生重大变革,已快速从被动配送网络向主动平衡区域电力供需、支撑能源综合利用的资源配置平台转变,呈现更强的“系统化”特征,即从配电网向配电系统转变。在此背景下,该文首先从形态演化路径、多维度耦合关系以及核心研究手段3个维度梳理总结相关研究,并初步提出新型配电系统未来演化规律与演进方向构想。然后,对新型配电系统演进过程中涉及到的关键技术,即故障保护与自愈技术、振荡分析与抑制技术、系统稳定控制技术与协同调度技术进行了总结与讨论,并进一步通过分析关键技术在典型案例中的应用明确了现阶段技术现状与未来需求的差距。最后,对新型配电系统相关技术未来发展方向提出了展望。

基于高增益观测器的火炮药协调臂位置控制

针对火炮协调输药机在协调过程中药协调臂运动到位精度不足的问题,提出了一种基于高增益观测器的火炮药协调臂自适应滑模控制策略,设计高增益观测器来估计火炮药协调臂伺服系统的未知状态并对其进行有效的在线跟踪和补偿,设计滑模控制器来消除所观测状态的误差,从而实现药协调臂机电伺服系统的快速高精度控制。针对滑模控制过程中出现的高频抖振现象,设计了一种自适应律并与滑模控制器相结合,从而极大地削弱了控制量的抖振。仿真实验结果表明,在输药机装满药的极端工况下,该控制策略能够大幅提高药协调臂的到位精度,具有较强的鲁棒性。

计及源荷储的多台区负载均衡协同调控方法

分布式可再生能源(光伏等)发电的不确定性以及柔性负荷的“即插即用”,易引发台区负载不均衡、三相不平衡等问题。为了解决上述问题,文章提出计及源荷储的多台区负载均衡协同调控方法,其由上层台区之间负载均衡协同控制策略与下层台区内部源荷储协调优化调度策略组成。在上层基于台区之间环型电力网架以及与之对应的通信网架,并考虑台区之间通信传输延时和网架拓扑的可变性,设计多台区之间协同一致性控制,实现台区负载均衡;在下层基于台区融合终端与台区内部源荷储之间的纵向辐射型通信网架,设计台区内部分布式发电和柔性负荷等可控资源协调优化调度算法,以低碳环保为目标来响应上层台区负载均衡的功率调节指令。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,实现了多台区负载的均衡调控。