光储直流微电网多运行工况稳定性分析

直流微电网的结构越来越复杂,运行工况也越来越多,而现有稳定性分析方法主要针对单一工况。因此研究适用于多工况运行系统的通用稳定性分析方法非常必要。首先,依据不同的运行工况建立光储直流微电网各单元的阻抗模型,利用稳态分析法结合劳斯判据推导得出系统稳定时负载功率及母线电容的边界条件;其次,通过重新定义系统环路增益表达式,得到更具通用性的基于母线电压控制变换器(BVCC)和母线电流控制变换器(BCCC)的稳定性判据,并利用该判据对系统多种运行工况进行稳定性分析,借助所得边界条件对稳定裕度较低的工况计算合适的系统参数,保证系统能够处于稳定运行状态;最后,搭建系统的仿真模型,通过对3种典型工况仿真分析,验证边界条件及稳定性分析结论的准确性。

基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制(FTESO+CSMC)策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.

基于序列运算的光储氢直流微电网随机优化规划研究

现阶段光储直流微电网建设运行成本高、缺乏整体规划,急须开展光储氢直流微电网的优化规划研究。文章考虑光储氢直流微电网中光伏电源输出功率的波动性以及负荷变化的不确定性,提出一种基于机会约束的光储氢直流微电网优化规划方法。基于机会约束规划,构建了以建设和运行成本最低为目标的光储氢直流微电网优化规划模型,优化微电网储能容量配置。通过序列运算将模型中含有随机变量的约束进行确定性转化,并在MATLAB中调用CPLEX求解器对模型进行求解。通过仿真计算分析,验证了基于序列运算算法的光储氢直流微电网优化规划方法的有效性和实用性。

基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略研究

针对电氢混合储能系统在平抑直流微网中功率波动时面临的功率分配问题,提出了一种基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略。该策略中一次模糊控制器依据储氢罐储氢状态(stateofhydrogenstorage,SOH)与锂电池荷电状态(state of charge, SOC)求解出一次功率分配因子,对直流微网净功率进行一次分配;二次模糊控制器结合一次功率分配参考值与SOH对一次功率分配因子作出校正。此外,为使氢储能系统中具有非线性工作特性的电流控制型装置(电解槽、燃料电池)能够对能量管理系统作出高效响应,采用插值法将功率分配参考值转换为电流参考值。通过Matlab/Simulink仿真结果证明,所提能量管理策略有效缩小了氢储能系统在非合理区间的功率波动范围并提高了氢储能系统中装置的响应精度与速度。

计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估

电-氢混合储能为提高孤岛直流微电网可靠性提供了有效途径,然而不同电-氢混合储能策略也会影响系统的可靠性水平,文中针对不同电-氢混合储能运行顺序,对比分析了3种储能策略对孤岛直流微电网可靠性的影响。首先,建立氢气储能模型、蓄电池储能模型和微电网可靠性评估指标体系;然后,计及系统元件故障,基于序贯蒙特卡洛法,提出计及电-氢混合储能的孤岛直流微电网可靠性评估方法;最后,采用改进的RBTS BUS6 F4馈线系统对孤岛直流微电网进行可靠性评估,对比分析储能策略和电-氢混合储能容量对系统可靠性的影响。结果表明:氢储能可以有效提高系统可靠性,不同的电-氢储能策略和容量对系统可靠性具有不同的影响。

基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制

针对光储直流微网混合储能系统在光伏输出波动、负荷波动等大扰动下导致的母线电压稳定性差和系统响应速度慢等问题,提出一种兼顾母线电压稳定和响应速度的改进型滑模自抗扰控制策略。首先,针对一级观测器扰动估计能力有限问题,引入第二级观测器进行观测补偿,并将级联观测器对总扰动的估计值反馈到控制器进行消除。其次,针对原有的非线性控制器响应速度慢、鲁棒性差等问题,设计非奇异快速终端滑模控制进行优化,利用混合储能单元特性,分别补偿高低频分量,来提高系统的响应速度;并根据巴尔巴辛定理以及李雅普诺夫准则证明了所设计控制器的稳定性。最后,基于Matlab仿真平台与其他控制策略进行仿真对比,仿真结果验证了所提策略的有效性。

不同电压扰动下光储直流微电网接地抗干扰技术

光储直流微电网接地过程中会产生大量的电压波动,其对微电网电力信号稳定性具有恶劣影响。由于当前光储直流微电网接地抗干扰技术的电压扰动信号捕捉能力较差,导致其无法在不同电压扰动下完成信号抗干扰处理,故设计不同电压扰动下光储直流微电网接地抗干扰技术。首先构建光储直流微电网模型,然后确定在接地工作中使用的并网变换器微电网设备,分析接地过程中的电流变化情况。采用粒子群优化算法,设计电压扰动信号检测算法。最后根据信号检测结果,将微电网接地方式设定为混合型接地模式,处理微电网交流回路中的干扰信号。仿真结果表明,所提的不同电压扰动下光储直流微电网接地抗干扰技术在多种电压扰动下,可有效剔除干扰信号,保证了电网信号输出的稳定性。

含双蓄电池的光储直流微网下垂控制策略

光储直流微网在孤岛模式下,须要严格稳定母线电压,同时为了延长蓄电池的寿命,各蓄电池的荷电状态(SoC)应保持平衡。文章首先设计了蓄电池充放电控制逻辑,该逻辑可以很好地维持母线电压稳定;其次量化分析了线路电阻不相等引起环流及其所导致的双蓄电池SoC不平衡现象;最后提出了一种基于母线电压信号调节的自适应分布式下垂控制方法,解决蓄电池之间的环流问题和SoC不平衡问题,同时改善了传统下垂控制在轻负载情况下环流抑制能力。通过仿真软件对传统下垂控制、传统平衡SoC方法进行比较,验证了文章方法的有效性和优越性。

含电/氢复合储能系统的孤岛直流微电网模糊功率分配策略与协调控制方法

风光制氢已经成为了解决大规模风能和太阳能消纳的有效途径。针对传统方法未考虑锂电池储能系统和氢储能系统的功率分配和协调运行问题,提出了含电/氢复合储能的直流微电网模糊功率分配和协调控制方法,建立了碱式电解槽、储氢罐以及燃料电池的数学模型,设计了模糊逻辑控制器,给出了不同接口变换器的控制方法。最后,搭建了仿真模型和基于RT-LAB硬件在环实验平台,对所提出算法和传统方法进行了仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,所提出方法能够使得锂电池荷电状态(state of charge,SOC)和储氢罐的氢状态(state of hydrogen,SOH)逐渐趋于合理工作区间,提升锂电池的使用寿命,减小了各接口装置控制模式切换次数。

计及最小使用成本及储能状态平衡的电-氢混合储能孤岛直流微电网能量管理

随着微电网技术的日渐发展,微电网中储能系统逐渐多元化,电储能及氢储能与微电网的运行控制产生紧密联系,如何经济地运行不同种类储能系统成为学者关注的焦点。提出一种基于最小使用成本及储能状态平衡的电–氢混合储能孤岛直流微电网能量管理方法,该方法在满足微电网基础指标即电压稳定、功率平衡的基础上,结合使用成本最小算法及等效氢耗最小算法,对使用电–氢混合储能消纳光伏产生的多余电能以及释放能量用于功率缺额等情景进行最小化储能系统使用成本及维持储能系统储能状态稳定的优化控制,通过对各系统的直–直变换器层控制以及顶层的协调控制确定各储能系统的工作状态,从而完成系统的能量管理。通过RT-LAB半实物系统开展实时仿真,在实际工况下进行72h运行,验证所提方法的有效性,保证系统在实际工作中的经济型及稳定性。

计及效率特性的电-氢混合储能直流微网经济下垂控制策略

为实现电-氢混合储能微电网在孤岛状态下的自治经济运行,并降低系统运行对通信网络的依赖,提出一种计及效率特性的直流微网经济下垂控制策略。该控制策略充分考虑电-氢混合储能系统各子系统的工作特性,研究了系统运行与效率的关系,并构建了计及效率特性的电-氢混合储能直流微电网系统成本函数。再结合电-氢混合储能系统的互补工作模式,驱动各系统基于成本分散地实施电-氢混合储能系统的运行方案,进而提高直流微电网的自治经济性能。最后,通过RT-LAB实验平台开展实时仿真。结果表明:所提控制策略相较于传统经济下垂控制,能够实现燃料电池和电解槽高效率区间的稳定运行,验证了效率特性对经济运行的必要性;在一天的运行实验下,其运行成本相较于传统经济下垂控制降低了10.38%,验证了所提出策略的经济性。

计及SOFC余热回收的氢-冰储能典型园区微网优化配置模型

面向具有电/冷/氢需求的典型园区,提出了一种计及固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)余热回收的氢-冰储能微网优化配置模型,旨在对微网中风/光/氢/冰/储等各主要部件进行容量优化以提高经济性。首先设计了光伏直流电解水制氢储能和风力交流供电冰蓄冷的交直流混联源荷直驱的双重储能机制;为提高氢能利用率,提出利用SOFC的余热回收进行冷电联产。综合考虑本文所提模型的非线性,电解槽、冰蓄冷等设备运行状态多变,以及优化算法容易陷入局部最优而全局寻优难度大的问题,提出全局搜索能力强的人工蜂群(artificial bee colony,ABC)与量子粒子群(quantum particle swarm optimization,QPSO)混合的ABC-QPSO算法对模型求解。最后以广东某园区为实例,通过4种方案对比分析,验证了本文所提出模型的优越性。

基于EL模型的光储微网无源控制器设计

针对光储微电网在光照强度变化及负载扰动时电压波动大,甚至不稳定情况等,设计了基于欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型的无源控制器。首先,给出了光储微网的系统结构,并分析了双向DC-DC变换器在充、放电时的两种工作状态;然后,通过建立光储微网控制系统的EL模型,从能量的角度描述系统,并采用注入阻尼法设计了双向DC-DC变换器无源控制器。当光照条件良好时,光伏电池不仅能够满足负载的供电需求,还会将剩余电能通过双向DC-DC变换器储存至蓄电池;当光照条件较弱时,可以通过双向DC-DC变换器将蓄电池中的电能反向提供给负载,保证负载的正常供电,并且在光照强度及负载发生变化时系统能够稳定高效运行。最后,通过Matlab/Simulink搭建光储微电网系统模型的仿真,验证了所提控制策略的可行性和正确性。

基于EEMD的混合储能平抑光伏输出电压波动

随着光伏发电和直流微电网的发展,以光伏电池作为主要电能来源的直流微电网将会有更多的研究应用,然而光照强度和温度等变化使得光伏电池输出功率波动,这将引起直流母线电压剧烈波动,威胁直流微电网的安全稳定运行。针对光伏输出功率导致的母线电压波动问题,提出基于聚类经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)进行频率分配的混合储能系统控制策略,将光伏原始输出功率中的高频分量作为超级电容响应的指令功率,提升了混合储能对电压波动的抑制效果,维持直流母线电压稳定。仿真试验结果表明,所提方法能够发挥超级电容响应速度快的优势,使超级电容响应高频波动功率,平抑直流母线电压波动,同时减少蓄电池充放电次数,延长蓄电池的使用寿命。