Research on Distributed Cooperative Control Strategy of Microgrid Hybrid Energy Storage Based on Adaptive Event Triggering

Distributed collaborative control strategies for microgrids often use periodic time to trigger communication,which is likely to enhance the burden of communication and increase the frequency of controller updates,leading to greater waste of communication resources.In response to this problem,a distributed cooperative control strategy triggered by an adaptive event is proposed.By introducing an adaptive event triggering mechanism in the distributed controller,the triggering parameters are dynamically adjusted so that the distributed controller can communicate only at a certain time,the communication pressure is reduced,and the DC bus voltage deviation is effectively reduced,at the same time,the accuracy of power distribution is improved.The MATLAB/Simulink modeling and simulation results prove the correctness and effectiveness of the proposed control strategy.

Fuzzy Droop Control for SOC Balance and Stability Analysis of DC Microgrid with Distributed Energy Storage Systems

The unbalanced state of charge(SOC)of distributed energy storage systems(DESSs)in autonomous DC microgrid causes energy storage units(ESUs)to terminate operation due to overcharge or overdischarge,which severely affects the power quality.In this paper,a fuzzy droop control for SOC balance and stability analysis of DC microgrid with DESSs is proposed to achieve SOC balance in ESUs while maintaining a stable DC bus voltage.First,the charge and discharge modes of ESUs are determined based on the power supply requirements of the DC microgrid.One-dimensional fuzzy logic is then applied to establish the relationship between SOC and the droop coefficient R,in the aforementioned two modes.In addition,when integrated with voltage-current double closed-loop control,SOC balance in different ESUs is realized.To improve the balance speed and precision,an exponential acceleration factor is added to the input variable of the fuzzy controller.Finally,based on the average model of converter,the system-level stability of microgrid is analyzed.MATLAB/Simulink simulation results verify the effectiveness and rationality of the proposed method.

Adaptive linear active disturbance-rejection control strategy reduces the impulse current of compressed air energy storage connected to the grid

The merits of compressed air energy storage(CAES)include large power generation capacity,long service life,and environmental safety.When a CAES plant is switched to the grid-connected mode and participates in grid regulation,using the traditional control mode with low accuracy can result in excess grid-connected impulse current and junction voltage.This occurs because the CAES output voltage does not match the frequency,amplitude,and phase of the power grid voltage.Therefore,an adaptive linear active disturbance-rejection control(A-LADRC)strategy was proposed.Based on the LADRC strategy,which is more accurate than the traditional proportional integral controller,the proposed controller is enhanced to allow adaptive adjustment of bandwidth parameters,resulting in improved accuracy and response speed.The problem of large impulse current when CAES is switched to the grid-connected mode is addressed,and the frequency fluctuation is reduced.Finally,the effectiveness of the proposed strategy in reducing the impact of CAES on the grid connection was verified using a hardware-in-the-loop simulation platform.The influence of the k value in the adaptive-adjustment formula on the A-LADRC was analyzed through simulation.The anti-interference performance of the control was verified by increasing and decreasing the load during the presynchronization process.

An Advanced FMRL Controller for FACTS Devices to Enhance Dynamic Performance of Power Systems

The parameters of power system slowly change with time due to environmental effects or may change rapidly due to faults. It is preferable that the control technique in this system possesses robustness for various fault conditions and disturbances. The used flexible alternating current transmission system （FACTS） in this paper is an advanced super-conducting magnetic energy storage （ASMES）. Many control techniques that use ASMES to improve power system stability have been proposed. While fuzzy controller has proven its value in some applications, the researches applying fuzzy controller with ASMES have been actively reported. However, it is sometimes very difficult to specify the rule base for some plants, when the parameters change. To solve this problem, a fuzzy model reference learning controller （FMRLC） is proposed in this paper, which investigates multi-input multi-output FMRLC for time-variant nonlinear system. This control method provides the motivation for adaptive fuzzy control, where the focus is on the automatic online synthesis and tuning of fuzzy controller parameters （i.e., using online data to continually learn the fuzzy controller that will ensure that the performance objectives are met）. Simulation results show that the proposed robust controller is able to work with nonlinear and nonstationary power system （i.e., single machine-infinite bus （SMIB） system）, under various fault conditions and disturbances.

考虑时变线阻的多储能SOC稳定均衡控制策略

在直流微电网中,由于线路阻抗大小差异的复杂化,难以保证各储能单元之间达到荷电状态(state-of-charge,SOC)均衡。为此,提出一种考虑时变线阻的SOC均衡改进控制策略。首先,通过线路阻抗和SOC幂指数构造的平衡因子来修正控制系数,提高SOC的辨识度。同时,利用输出电流来约束平衡因子,提高系统的抗扰能力。在SOC均衡之后,SOC平衡因子G变为1,此时依赖线路阻抗信息但不受线路阻抗变化影响,可平稳地保持电流分配。并且结合输出电流构造的电压补偿环节有效地解决了母线电压质量和SOC均衡控制效果之间的矛盾。其次,针对基于SOC均衡的改进控制策略易受恒功率负载影响的问题,利用混合势函数理论进行建模,得到稳定性判据,有利于保障系统的稳定运行。最后,仿真结果表明,所提出的改进下垂控制能够有效地消除线路阻抗的影响,提高电流分配精度,实现SOC均衡,并验证了在各种突发扰动及极端情况下所提控制策略的有效性和正确性。

基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制

双馈风电机组并网比例不断提高,加剧了电网遭遇外部故障导致规模化脱网问题。文章介绍了现有风机故障穿越控制方案的原理,考虑到频繁投切直流卸荷电路电阻易引起电压波形畸变、超级电容器控制方案成本过高等问题,提出了基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制方案。该方案将卸荷电阻通过DC/DC变换器与直流母线相连,在控制电路中引入有功功率-直流母线电压的下垂控制环节,实现故障期间电路电阻吸收功率的动态调节,同时设置高、低电压穿越两种模式,根据并网点电压变化情况自主启动。最后,在Matlab/Simulink中对智能卸荷电路控制策略进行验证。仿真结果表明,基于智能卸荷电路的风电机组故障穿越控制策略在直流母线电压抑制、电压恢复所需时间、转子电流畸变程度和方案经济成本等方面具有优势。

基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多目标遗传算法(MOGA)的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层:上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态(SOC)的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

考虑储能约束的神经网络VSG参数自适应控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制策略常用于处理高比例新能源并网导致系统惯量、阻尼缺失的问题,储能单元的配置制约着VSG惯量阻尼的设定。首先,建立考虑储能荷电状态(State of Charge, SOC)约束的VSG小信号模型,计算多约束条件下惯量阻尼取值范围。然后,借助径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络算法处理连续非线性函数的优点,提出一种计及储能约束的RBF神经网络VSG惯量阻尼自适应控制策略。该策略取频率偏差量和频率变化率为输入,输出为VSG转动惯量,根据二阶系统最优阻尼比确定阻尼系数取值。最后通过Matlab/Simulink仿真验证,结果表明所提计及多约束的VSG自适应控制策略能够快速响应系统频率变化,优化系统动态调节能力;减小直流母线电压跌落,增强系统鲁棒性。

运行工况自适应的风储系统双层功率平滑策略

针对风电并网带来的功率波动问题,提出一种运行工况自适应的风电-混合储能系统双层功率平滑策略。在上层,考虑风储系统并网功率波动和储能运行状态,利用无模型自适应控制动态跟踪经滑动平均算法得到的并网参考功率,生成混合储能总功率任务;在下层,考虑储能介质的技术特性,利用模糊控制动态调节经变分模态分解确定的混合储能总功率任务的频率分界点,完成功率的自适应分配。算例分析表明:所提策略可以自适应平抑多工况下的风电功率波动,实现混合储能各介质间功率的合理分配。

基于改进虚拟同步发电机的构网型并联储能逆变器控制研究

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题,提出一种基于改进线性自抗扰控制(LADRC)的构网型变换器预同步控制策略。首先,采用无锁相环(PLL)控制策略,通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和幅值进行快速同步追踪,可避免因PLL精度较低和响应速度慢而引起的电力系统稳定性降低的问题。在此基础上,在有功频率支路模块的角频率输出端引入LADRC,这可以有效解决预同步控制过程中变换器输出电压频率存在过冲的问题,从而确保构网型变换器预同步控制顺利进行最终实现成功并网。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制模型并进行仿真验证,结果表明所提控制策略可以有效抑制系统频率震荡,并能够加速系统预同步进程,确保构网型变换器安全运行最终实现成功并网,仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法

混合储能具有良好的功率可控特性,在孤岛微网中常被用作功率缓冲器,补偿分布式电源和负荷多变的功率潮流.围绕储能的功率响应问题,本文设计了混合储能的功率控制方案,并提出了一种基于多目标协调的子单元功率自适应分配方法.首先基于对母线功率供求平衡关系的分析,设计了主从并联型储能功率控制方案.其次利用积分器的“时空调零”特性,实现了子单元的功率自主分配;基于此,考虑了不同荷电状态(SOC)下储能最大充放电功率的差异,设计了子单元的SOC分层管理和多目标功率协调策略.仿真结果表明,所提策略实现的功率分配效果满足子单元的功率响应特性;随着超级电容SOCscn偏移加深,所提策略对SOCscn的优化能力越强,初始SOCscn为97%时能提高10.10%的优化性能,这保障了超级电容作为电压源的功率输出能力;所提策略降低了超级电容常态下的蓄电池的输出深度,蓄电池的最大功率深度降低了46.70%,这提高了蓄电池的使用寿命.

基于逐次变分模态分解的飞轮-火电一次调频控制策略

随着新型电力系统的大力建设与推广,火电机组面临的调频压力增大,提出一种逐次变分模态分解的飞轮-火电一次调频控制策略。首先,以飞轮储能和火电机组为研究对象,建立考虑新能源占比的飞轮-火电一次调频模型;其次,将一次调频功率指令利用逐次变分模态方法分解,由火电机组响应分解后的低频功率指令,同时设计飞轮储能下垂优化控制方法,实现飞轮储能与火电机组响应频率变化的协同控制;最后在不同工况下仿真验证,结果表明所提策略可有效避免火电机组一次调频时的频繁出力,减小火电机组响应频率变化时的调控要求,同时可最大限度地利用飞轮储能调频容量并保证飞轮储能调频期间的运行安全,进一步提升了系统的频率响应能力。

Research on power control strategy of household-level electric power router based on hybrid energy storage droop control

In the light of user-side energy power control requirements, a power control strategy for a household-level EPR based on HES droop control is proposed, focusing on the on-grid, off-grid and seamless switching process. The system operating states are divided based on the DC bus voltage information with one converter used as a slack terminal to stabilize the DC bus voltage and the other converters as power terminals. In the on-grid mode, the GCC and the HES are used as the main control unit to achieve on-grid stable operation, whereas in the off-grid mode, the PV, HES and LC are used as the main control unit at different voltages to achieve stable operation of the island network. Finally, a DC MG system based on a household-level EPR is developed using the PSCAD / EMTDC simulation platform and the results show that the control strategy can effectively adjust the output of each subunit and maintain the stability of the DC bus voltage.

储能调频控制参数自适应优化与退出机制设计

为解决储能控制参数设置不当引起的频率稳定性问题以及储能调频效果和循环使用寿命难以平衡的问题,提出一种储能调频控制参数自适应优化与退出机制设计方法。首先分析储能下垂、虚拟正(负)惯量系数对系统频率动态性能及稳定性的影响,得到参数稳定变化的范围;然后,根据控制参数稳定变化区间,设计含虚拟负惯量的模糊自适应控制方法,实现控制方式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;再则,利用Logistic函数设计考虑储能荷电状态(SOC)的自适应反馈控制策略,同时引入储能退出机制,反馈调节优化储能出力,以期解决储能调频效果和循环使用寿命难以平衡的问题。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真验证,验证所提策略的有效性及对频率的改善作用。

基于自适应下垂控制的光储直流微网控制策略研究

针对下垂控制会导致母线电压出现跌落现象这一问题,提出基于蓄电池荷电状态(SOC)的n次幂的自适应下垂控制(ADC)策略,设计充放电时的下垂系数,在下垂系数中引入蓄电池S^(n)及基于母线电压的下垂系数调整律,并加入超级电容功率补偿。在系统的协调运行控制策略上,以母线电压U_(dc)和蓄电池SOC值作为控制元,设计上层协调控制模块。与传统自适应下垂控制相比,所提控制策略可升高跌落的母线电压,且当外界环境因素变化或负载变化时,蓄电池-超级电容混合储能系统能更好地维持母线电压的稳定,提高系统的抗干扰能力;且系统可在各工作模式之间平滑切换,维持母线电压的稳定。最后,在基于TMS320F28335的光储直流微网实验台上验证该控制策略的有效性。

基于二阶一致性算法的电池储能系统SOC均衡及功率分配策略

为延长电池储能系统的整体寿命,需保持储能系统中各单元的荷电状态(state of charge,SOC)均衡。为此,提出一种基于二阶一致性算法的改进下垂控制策略,通过指数函数嵌套变化系数,实现不同容量储能单元快速SOC均衡。在SOC均衡的基础上设计二次控制策略,在一定通信时延下实现频率、电压恢复和有功、无功功率合理分配。最后,以4台储能单元组成的电池储能系统为算例进行仿真,验证了所提控制策略的有效性,SOC能够快速收敛达到均衡状态,频率、电压能够恢复到额定值,有功、无功功率能够按照相应下垂系数比例进行分配。

储能系统的参数自适应改进VDCM控制策略

在独立运行直流微电网中,由于接入大量电力电子变换装置,系统惯性较低,阻尼较小,系统稳定性较差,同时,新能源和负载的功率波动将引起母线电压波动,严重时会影响直流微电网的稳定运行。为增强系统惯性,本文研究基于参数自适应改进虚拟直流电机(virtual DC motor,VDCM)控制策略,提升母线电压暂态稳定性。介绍虚拟直流电机控制原理,建立储能控制系统的小信号模型,深入分析虚拟转动惯量、阻尼系数和电压调节器比例、积分参数对系统稳定性影响,以及母线电压波动过程中各波动阶段对参数大小的需求。在此基础上,建立虚拟转动惯量、比例系数和积分系数与母线电压偏差的函数关系式。根据电压偏差动态调节VDCM和电压调节器参数,缩短电压的扰动恢复时间的同时减小电压波动。通过搭建的RTDS和RCP硬件在环实验系统,验证所提控制策略的正确性与可行性。

基于双层协调控制的电池储能参与电网二次调频策略

针对电池储能参与电网二次调频的场景,为了提升电池储能的寿命以及改善调频效果,提出一种基于双层协调控制的电池储能控制策略。在外层控制中,针对储能参与电网调频的时机与深度,分析基于灵敏度计算的阶跃式控制模式对储能出力特性的影响,并提出基于指数函数变换的分配因子平滑式自适应调整策略,在保证调频质量的同时,优化储能出力。在内层控制中,将电池储能系统分为不同充、放电特性的两部分,以减小频繁充、放电切换对电池寿命的影响。提出结合超短期负荷预测的电池储能荷电状态双层模糊优化策略,根据等效荷电状态和负荷变化趋势修正储能分配因子,在维持电网调频质量的前提下优化电池储能的荷电状态,解决在调频过程中因充、放电总能量不均衡而导致的高/低荷电状态极端运行问题,保证电池储能的持续调频能力。基于某电网的实际负荷数据,在MATLAB/Simulink中验证所提策略的有效性。

含风电场的分数阶电力系统自适应同步控制

针对含风电场的分数阶电力系统的混沌振荡问题,基于自适应同步理论,提出了一种自适应同步控制方法。首先,建立了一个整数阶三维且含储能装置的电力系统模型并推广为分数阶,采用相图、时序图、分岔图等方法对含风电场的分数阶电力系统的动力学行为进行分析。其次,推导了自适应同步控制定理的证明。最后,通过含有待辨识参数且含风电场分数阶混沌电力系统与稳定状态的系统实现完全同步,间接地实现系统的混沌控制和系统的参数辨识。

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。