Coordinated control strategy for a PV-storage grid-connected system based on a virtual synchronous generator

Due to the characteristics of intermittent photovoltaic power generation and power fluctuations in distributed photovoltaic power generation,photovoltaic grid-connected systems are usually equipped with energy storage units.Most of the structures combined with energy storage are used as the DC side.At the same time,virtual synchronous generators have been widely used in distributed power generation due to their inertial damping and frequency and voltage regulation.For the PV-storage grid-connected system based on virtual synchronous generators,the existing control strategy has unclear function allocation,fluctuations in photovoltaic inverter output power,and high requirements for coordinated control of PV arrays,energy storage units,and photovoltaic inverters,which make the control strategy more complicated.In order to solve the above problems,a control strategy for PV-storage grid-connected system based on a virtual synchronous generator is proposed.In this strategy,the energy storage unit implements maximum power point tracking,and the photovoltaic inverter implements a virtual synchronous generator algorithm,so that the functions implemented by each part of the system are clear,which reduces the requirements for coordinated control.At the same time,the smooth power command is used to suppress the fluctuation of the output power of the photovoltaic inverter.The simulation validates the effectiveness of the proposed method from three aspects:grid-connected operating conditions,frequency-modulated operating conditions,and illumination sudden-drop operating condition.Compared with the existing control strategies,the proposed method simplifies the control strategies and stabilizes the photovoltaic inverter fluctuation in the output power of the inverter.

Coordinated voltage control of renewable energy power plants in weak sending-end power grid

The utilization of renewable energy in sending-end power grids is increasing rapidly,which brings difficulties to voltage control.This paper proposes a coordinated voltage control strategy based on model predictive control(MPC)for the renewable energy power plants of wind and solar power connected to a weak sending-end power grid(WSPG).Wind turbine generators(WTGs),photovoltaic arrays(PVAs),and a static synchronous compensator are coordinated to maintain voltage within a feasible range during operation.This results in the full use of the reactive power capability of WTGs and PVAs.In addition,the impact of the active power outputs of WTGs and PVAs on voltage control are considered because of the high R/X ratio of a collector system.An analytical method is used for calculating sensitivity coefficients to improve computation efficiency.A renewable energy power plant with 80 WTGs and 20 PVAs connected to a WSPG is used to verify the proposed voltage control strategy.Case studies show that the coordinated voltage control strategy can achieve good voltage control performance,which improves the voltage quality of the entire power plant.

Coordinated Voltage Control in Distribution Network with Renewable Energy based Distributed Generation

This paper presentsa voltage control strategy for power distribution systems with interconnected renewable energy based distributed generators (DGs). The control strategy coordinating conventional voltage control devices and reactive power from DG.A mixed-integer nonlinear programming problem was formulated and solved by particle swarm optimization (PSO). The code is written using DigSILENT programming language (DPL) and implemented inside DigSILENT power factory simulation software. All system constraints and operating limits are considered. The optimal power flow based approach can incorporate various uncertainties such as intermittent power characteristics and varying load demand. The proposed method is tested using real distribution network to demonstrate its effectiveness. The merits of the proposed method over the classical local-based control are presented in the simulation results. It is demonstrated that the proposed method is capable of keeping the system voltage within operating limit. Power losses is at the same time is minimized in comparison to the losses using conventional method.

含高比例光伏的配电网分组协调电压控制策略

电压越限成为限制光伏最大接入量的重要因素,为解决大规模光伏并网所导致电压越限问题,文章提出了含高比例光伏的配电网分组协调电压控制策略。首先,根据光伏接入节点对配电网电压灵敏度不同,提出了光伏逆变器分组协调控制思想;然后,光伏逆变器组内以容量利用比和功率因数为一致性变量进行电压控制,组间通过协调控制确保关键节点电压收敛至设定值1.05 p.u.;最后,通过算例仿真验证所提控制策略能有效地抑制配电网电压越限,避免不必要的有功削减,同时在负荷、光伏波动时具有较强的鲁棒性。

面向暂态功角稳定提升的水光互补发电系统紧急切机控制

我国西南地区水电和光伏资源丰富,利用水光资源的互补特性,促进清洁能源的高效消纳,是实现“双碳”目标的有效途径之一。水电资源一般集中于偏远地区,长距离输电导致其与主网连接较弱,暂态功角稳定问题较为突出,水光互补系统中高比例光伏发电的接入进一步增加了系统暂态稳定问题的复杂性。然而当前光伏发电对互补系统暂态稳定影响机理尚不明晰,且缺乏基于定量计算的紧急切机控制方法。为此,首先建立了水光互补系统的等效功角曲线,详细分析了光伏接入前后系统的加减速面积变化情况。在此基础上,基于等面积法则提出水光协调的3种紧急切机控制方法,并根据综合评价指标选取优化切机方案。最后,基于单水单光-无穷大系统及四川省某县水光互补系统验证了所提方法的有效性。研究结果有助于推动解决新能源电力系统中新能源机组和同步机的切机量定量计算缺乏数学理论指导这一难题,能够提升水电和光伏的消纳与送出能力。

风光水汇集直流外送系统暂态频率电压紧急协调控制策略

实施紧急有功控制可解决风光水汇集外送直流闭锁导致的频率安全问题,但事故后可能衍生出电压安全问题,控制策略制定需要统筹考虑频率与电压安全。针对现有离线策略存在有功控制与无功控制割裂、控制代价大及控制手段不完备的问题,分析了弱支撑电网有功控制对系统电压影响的机理,为完善现有控制方案,提出综合连续型与离散型控制手段的有功、无功一体化在线紧急控制方案。以控制代价最小为目标,考虑暂态电压和频率安全约束,建立了计及多类控制措施的水风光汇集外送直流系统紧急频率电压协调控制优化模型,并采用逐次线性规划方法求解线性化后的模型。基于西北电网实际案例的实时数字模拟(real time digital simulation,RTDS)试验结果对所提控制进行验证,结果表明,所提控制策略实现了从离线到在线、离散到连续、割裂到协调的整体性提升。

新型电力系统下水电侧自动发电控制改进与应用

新型电力系统下,风电、光伏等间歇性新能源大规模接入电网,对承担调峰任务的水电厂自动发电控制(AGC)提出了更高的要求。分析了新型电力系统发展背景下对水电厂AGC的新需求,提出了改进的水电厂AGC系统架构,研究了数据流优化设计、现地装置化实现、并行计算体系及场景适用性改进等关键技术,研制了改进的水电厂AGC装置并应用于古田溪水力发电厂等项目中。应用情况表明,新装置可以有效提高水电厂AGC的响应速率,进一步提升电网运行稳定性。

光伏电站逆变器与静止无功发生器无功电压控制策略研究与应用

基于自动电压控制技术对电网无功支撑与安全稳定运行的重要作用,介绍光伏并网点无功电压调节机理,以逆变器和静止无功发生器(static var generator,SVG)为研究对象,对光伏电站无功分配策略、SVG无功置换方法进行研究分析,并通过光伏电站现场试验验证光伏逆变器与SVG协调控制、无功置换的有效性,对新能源并网电站实现区域电网自动电压控制具有参考意义。

面向油气采掘机械设备用能的直流微电网能量协调控制策略

针对面向油气采掘设备供电的光储直流微电网分布式储能系统在运行过程中频繁充放电和荷电状态均衡速度慢、精度差的问题,提出了一种基于改进下垂控制的直流微电网能量协调控制策略。该策略通过优化微源出力优先级来提高微电网系统整体的供电质量:光伏与储能同时工作时,动态调整二者工作状态及储能单元下垂系数以适应系统所需。在包含不同容量储能单元的微电网系统中,该策略具有维持母线电压稳定和提高储能荷电状态的均衡速度与精度的能力,同时可避免储能单元因过充/过放退出运行。在Simulink中搭建了系统仿真模型,仿真结果证明了控制策略的有效性。

水风光多能互补发电调度问题研究现状及展望

以水风光为主的可再生能源在过去二十年实现了前所未有的发展,未来也将是中国构建清洁低碳能源体系的核心组成部分,是兑现碳减排承诺的现实选择。该文简要分析了我国清洁能源发电的发展概况及典型水风光互补实际工程,提炼总结了互补系统发电调度面临的关键问题,包括大规模风光电站群以何种形式参与调度、间歇性时空发电规律如何描述、风光电站群与水电站群在长期、短期等时间尺度上如何协调运行;针对这些问题系统综述了国内外水风光互补协调研究方法及特点,并从风光电站集群汇聚、集群出力描述、及集群模式下水风光互补系统长期、短期协调建模与求解思路,阐述了技术实现过程,期望为我国多能互补工程实际运行提供切实可用的技术手段,助力“碳达峰、碳中和”目标。

基于分布式控制的独立型光储水柴微网调度策略

基于分布式微网能量管理框架,提出一种光储水柴微网经济调度策略,包括预测层、调度层和控制层。预测层提供能量管理相关决策数据;调度层采用边际成本竞价机制,通过光伏和水电电价补偿策略,合理分配光水资源,减少柴油发电机的发电比例;控制层包括稳态控制和紧急控制,其中稳态控制策略用于控制本地设备跟踪调度计划运行,而紧急控制策略用于对系统可用发电容量进行分配,以维持系统功率平衡。以实际光储水柴微网为例,对比实际运行数据,所提出的调度策略在充分利用光水资源的基础上,保证了系统稳定运行。

光伏电站经柔性直流集电送出系统的低电压穿越协调控制策略

光伏电站经柔性直流集电送出系统在交流电网发生故障扰动时应该具备低电压穿越的能力。针对受端和送端交流电网发生故障扰动的情况,提出了一种不依靠通信的光伏电站与VSC-HVDC的低电压穿越协调控制策略。交流电网故障情况下,VSC-HVDC送、受端换流器可依据直流电压的变化量切换控制模式。送端换流器根据VSC-HVDC直流电压的变化量调节光伏电站出口的电压幅值,使光伏电站感受到电压变化并减小有功功率输出,从而迅速维持VSC-HVDC系统的功率传输平衡,提升系统故障穿越能力,而且可以实现直流电压的稳态无差控制。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了1000 MW光伏电站与VSC-HVDC系统的仿真模型,验证了所提协调控制策略的有效性。

锦屏—苏南特高压直流投运后电网的稳定特性及协调控制策略

基于特高压混联电网丰大方式,从多个角度分析了锦屏—苏南800 kV特高压直流投运对电网稳定性的影响。针对锦苏直流闭锁故障,研究了基于直流紧急功率支援的协调控制策略,可减少切机、切负荷措施量。提出了后备安控措施以避免协调控制措施失效导致第三道防线动作。比较选择安控切机方案时,考虑了直流故障后送端母线稳态电压升高因素。通过研究直流故障后受端近区机组励磁电流及相关机组保护情况,探索了机组涉网保护对系统稳定的影响。分析表明,锦苏特高压直流投运后需制订送受端协调控制策略。

厂网协调模式下梯级AGC控制策略

梯级自动发电控制(automatic generation control,AGC)是电力市场过渡期电网和发电企业协调调度探寻的新模式。以乌江干流梯级AGC工程为依托,在分析电力市场过渡期电力调度运行方式的基础上,以厂网协调日前计划电量为控制目标,综合考虑电网安全、振动区、调节速率、机组启停等约束,构建梯级AGC模型。引入AGC投入序位和相对耗水率比例,并结合数学组合和集合运算理论,系统地提出了梯级AGC控制策略。该策略主要包括AGC投入序位计算方法、电站组合确定策略、厂间负荷优化分配方法、电站组合振动区求解方法及避开策略、超载断面校正控制策略。乌江梯级AGC模拟闭环运行结果表明,所提策略是有效的,能够满足AGC安全性、时效性、实用性、经济性的要求。

风光储混合系统的协调优化控制

为解决光伏和风电场的输出功率剧烈波动引起的电能质量下降和电网电压波动的问题,提出了利用复合储能技术分别平抑风光联合发电系统的输出功率在不同时段内的波动。在平抑功率波动过程中,提出了可变时间常数控制,不断实时优化低通滤波器的时间常数,实现了对储能系统充放电功率的灵活、快速控制,改善了储能系统的运行,减小了储能容量;同时提出最大输出功率限制控制保护储能运行在合理的范围。通过建模仿真验证了控制方法的有效性。

撬棒保护与电网交直流控制协调的风电机组脱网抑制方法

多次发生的大规模风电机组相继脱网事故严重影响集群风电并网消纳和电网安全。撬棒保护电路是目前在风电场中广泛运用的一种低电压穿越方式,但其大范围投入可能造成风电场从电网吸收过多无功功率而导致电网暂态电压稳定恶化。文中提出一种综合风电机组撬棒保护、直流系统功率调制和交流系统紧急电压控制来抑制风电机组相继脱网的方法,其核心是利用撬棒保护提高风电机组低电压穿越能力,降低风电机组在故障期间的低压脱网代价;通过风电场近区大容量直流的功率快速调制并协同交流侧紧急电压调控手段,改善风电送出通道的潮流分布,以提高故障后电网暂态电压稳定性。对实际电网的时域仿真结果验证了该方法的有效性。

光伏直流微网母线电压稳定控制

为了实现光伏直流微网母线电压的稳定控制,提出了一种分层协调控制方法,该方法通过设定合理的电压阈值,对直流母线电压变化量的控制来协调蓄电池储能接口、网侧接口及光伏接口的工作方式,确保在不同工况下都能保持微网内的有功功率平衡。通过在并网过程中采用预同步控制和脱网过程中的电压电流双环控制以减小暂态电流冲击。利用Matlab/Simulink进行了仿真和实验验证,结果证明了该方法的有效性和可行性。

含光伏直流微电网的功率分散协同控制技术研究

为了提高含光伏直流微电网系统的运行稳定性,提出了一种适用于光伏直流微电网的功率分散协同控制技术。该控制策略根据并网换流器的状态、直流电压的变化量以及蓄电池的荷电状态自动调节各端换流站的工作方式,同时开发了光伏发电单元的有功功率控制潜力,使其参与到微电网的多端功率协调控制中,不仅分担了系统的功率调节压力,还实现了光伏能量的优化利用。所提控制策略保证直流微电网系统在不同工况以及电网扰动下,能协调各端电力电子变流器及光伏电源共同维持系统的稳定运行。最后,在MATLAB/Simullink中建立模型,对光伏直流微电网在不同运行工况下进行仿真,验证所提出功率协调控制策略的有效性和可行性。

含混合储能的光伏微电网系统协调控制策略

为了有效抑制光伏发电的波动性和随机性,提高光伏微电网系统的稳定性,提出了含混合储能的光伏微电网系统在并/离网运行及模式切换时储能设备和直流母线电压的协调控制策略。设计了功率分配型二阶低通滤波控制策略对系统功率波动进行分配,结合储能元件的荷电状态SOC(state-of-charge)来控制各变换器的工作状态,实现储能元件在充放电及空闲模式间的切换。同时储能工作状态控制光伏发电单元使用改进的变步长扰动观察法,或恒压降功率控制法。通过统一与独立协调控制来维持系统稳定运行。利用Matlab/Simulink搭建仿真平台,验证了所提协调控制策略的可行性与正确性。

基于一致性算法的独立直流微电网分层协调控制策略

针对独立运行的直流微电网,提出了一种适用于含光伏和储能的分层分布式协调控制策略。多个储能单元采用分层控制方法以维持直流母线电压的稳定,第1层控制采用适应性下垂控制方法,下垂系数可根据储能电荷状态和额定功率进行自适应调整以平衡蓄电池的荷电状态;第2层控制采用基于离散一致性算法的二次电压恢复和电流均分控制,仅通过与邻居节点间的通信实现母线电压调节和电流均分。为实现储能和光伏协调控制,光伏单元不仅能自动改变控制模式以保证直流微电网功率平衡,还能根据储能单元运行状态参与直流母线电压的二次调节,使直流母线电压恢复到额定值附近。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。