考虑有功不确定性的配电网新能源无功优化控制

提出了一种考虑有功不确定性的配电网新能源无功-电压下垂双层鲁棒优化控制模型。首先,在参考点优化层,以多时段总运行成本最小为目标,对静止无功补偿设备与调压变压器的协调控制指令、新能源的无功功率参考值和端口电压参考值等系统中影响无功分布的典型相关控制量进行优化;然后,在斜率优化层,基于双层列生成算法框架,分别建立斜率指令优化主问题模型和极端场景集筛选子问题模型。结果表明,所提出的优化控制方法不仅可以有效适应新能源发电出力的随机波动,同时能够充分利用其并网换流器的无功容量,在优化系统网损和调压设备操作成本的同时,增强系统运行的可靠性。

基于动态调节下垂曲线的光伏逆变器两阶段协调控制策略

在分布式光伏高渗透的有源配电网中,常规集中、局部电压控制已无法经济有效地解决电压越限、波动问题。为此提出光伏逆变器集中-局部电压两阶段控制策略,局部控制曲线采用多曲线节点灵活可调的改进无功-电压(Q-V)下垂曲线。集中控制阶段以电压控制成本与电压越限条件风险价值的加权和最小为目标函数,利用分布鲁棒优化算法和模型预测控制算法考虑光伏出力预测不确定性,对各光伏逆变器的有功功率削减量参考值和Q-V下垂曲线进行分钟级全局优化设置和调节;局部控制阶段根据Q-V下垂曲线和实时测量的节点电压,动态调整光伏逆变器无功出力。采用改进的IEEE 37节点配电系统进行仿真,结果表明:所提控制策略不仅能够集中、最优地协调各光伏逆变器的有功功率削减量和无功出力,避免电压越限,还能在局部控制阶段利用集中优化后的Q-V下垂曲线使电压波动降低40.56%,满足配电网运营商对电压控制经济性和鲁棒性的不同需求。

基于不确定与扰动估计器的直流配电网电压鲁棒控制

为保证在直流配电网母线电压鲁棒控制的同时,实现各源换流器之间电流的合理分配,基于不确定与扰动估计器(UDE)控制方法提出一种电压鲁棒控制策略,分别应用于直流配电网换流站级和换流阀级的控制。换流站级控制器设计重点在于解决负载电流参考值的给定和UDE控制的实现:将容量比引入下垂控制,提出考虑电流精确分配的负载电流参考值设定方法,该方法既充分考虑了各源换流器容量又避免了电流分配受线路参数影响的因素;以各源换流器输出电流能够渐进跟踪该参考值为控制目标,设计UDE控制律,这是实现电压鲁棒控制的关键。换流阀级控制方法应用UDE控制理论对电压源型换流器内环电流控制受到的不确定与扰动因素进行估计并补偿,设计了其UDE鲁棒控制律,证明UDE内环电流鲁棒控制器具有二自由度特性,且控制器参数解耦,简化了参数整定方法。改进后的控制器在提高电流控制抗扰性和鲁棒性的同时,解决了传统PI控制参数整定繁琐的问题。以三端直流配电网为例,对比仿真验证了所提策略的有效性。

阻性逆变器并联环流分析及鲁棒下垂多环控制

对于独立微电网中的并联逆变器,其等效输出阻抗和线路阻抗差异对功率分配和环流抑制存在较大影响。从逆变器并联的功率传输特性出发,分析现有下垂控制对阻性逆变器并联功率分配的影响,并在分析阻性逆变器环流特性的基础上,提出一种鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压电流内环构成。功率外环采用鲁棒下垂控制器,减小阻抗差异对功率精确分配的影响;通过引入含阻性分量和感性分量的虚拟复阻抗,将逆变器的等效输出阻抗设计呈阻性;采用准谐振PR控制实现在较宽频带内逆变器输出电压的零稳态误差控制,进而减少逆变器间输出电压偏差并抑制环流。采用输出电压前馈和电容电流比例控制提高系统暂态响应和电流抗扰动能力。深入对比分析控制方式和控制参数对等效输出阻抗的影响,并择优选取控制参数。仿真和实验结果验证了所提提方法的正确性和有效性。

一种低延时鲁棒功率下垂控制方法

在分析多逆变器并联功率分配机理上,提出一种低延时鲁棒功率下垂控制方法。通过重新设计等效输出阻抗呈阻性,将下垂控制器中有功/无功功率进行解耦。在此基础上,对有功功率控制构造积分器1/s,设计Q-f/P-U'鲁棒下垂控制器及U'恢复机理,提高了逆变器输出功率对等效输出阻抗和线路阻抗的鲁棒性,解除了线路阻抗与功率制衡关系,实现了负荷功率按额定容量比精确分配。该策略未改变逆变器等效输出阻抗的相频特性,无需重新设计等效输出阻抗,降低了设计难度。同时,利用所提的低延时快速功率计算方法降低了功率计算引入的控制延时,提高了系统的动态性。仿真和实验均验证了所提方法的正确性和有效性。

基于鲁棒电流下垂控制的不同容量逆变器并联控制研究

在低压微电网孤岛运行时,等效系统阻抗的特性和大小对于不同容量逆变器并联按其容量成比例精确分担负荷有很大的影响。本文详细分析了系统阻抗呈阻性时不同容量逆变器并联按其容量成比例分担负荷所需要满足的条件,并提出了鲁棒电流下垂控制策略,消除了系统阻抗对于有功电流精确分配的影响。对于逆变器输出阻抗,本文采用电容电压外环准PR调节器和电感电流内环比例调节器的双闭环控制,并且加入了一定的虚拟电阻,使得逆变器的等效输出阻抗呈阻性且可控。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

考虑VSC交直流侧瞬时功率的直流配网母线电压鲁棒控制策略

直流母线电压对于衡量直流配电系统稳定、保证各功率单元合理分配功率有着重要作用。该文首先分析传统下垂控制的不足,如母线电压偏差、电流分配精度和系统损耗等,由此提出全局下垂控制策略,在减小母线电压偏差的同时可保证各电压源型换流器(voltage source converter,VSC)直流侧输出电流等比例。同时,考虑VSC交直流侧瞬时功率和内部损耗,推导VSC直流侧电压小信号模型,并从非结构化不确定性和参数化不确定性两方面进行建模分析:对于简化电流控制器进行非结构化不确定性建模,消除非线性扰动对于输出电压的影响;而将较为直观的控制器参数和直流侧电容电感值等系统参数变化划分为参数化不确定性,降低不确定性建模结果的冗余度。进而利用?-综合设计方法进行2自由度(2-degree-of-freedom,2DOF)鲁棒控制器设计,分析结果表明,所设计控制器同时满足系统鲁棒稳定性和性能跟踪性的要求。最后,通过稳定性分析及系统仿真验证所提控制器的有效性。

孤岛微网并联逆变器环流抑制与母线电压控制

针对孤岛微网中采用传统下垂控制的并联微源逆变器之间存在较大环流及母线电压和频率偏移问题,文中从环流的一般性定义出发,分析了环流与负荷功率分配之间的定量关系,在此基础上将环流抑制问题转化为功率精确分配问题,并提出了一种母线电压和频率自恢复的改进鲁棒下垂控制方法。将PI控制器引入无功电压控制环中,实现无功功率的精确分配并加快其动态分配过程,进而抑制稳态环流,改善动态均流效果;通过对母线电压和频率进行闭环控制来实现其自动恢复,提高母线电压质量;针对逆变器并机后出现的新的功率分配不均衡的问题,提出了对应的解决方法。通过PSCAD/EMTDC仿真算例验证了所提方法的正确性和有效性。

基于自抗扰的微电网下垂控制

针对由分布式能源发电组成的微电网中进行负荷投切、分布式电源的波动性、电力电子器件参数变化等引起的谐波问题,提出一种基于自抗扰控制器的抗扰控制策略。通过将自抗扰控制器与微电网的下垂控制相结合,由内扰和外扰引起的输出电压波动,通过前馈补偿消除干扰,提高电能质量。仿真结果表明,当负荷变化时,直流侧电源突加扰动时,该控制策略具有较好的抗扰性能和鲁棒性。

并联运行的高频链矩阵式逆变器鲁棒下垂研究

为拓展系统容量,实现逆变器的电气隔离,克服传统逆变器体积大、成本高、噪声大等缺点,对高频链矩阵式逆变器进行并联研究。在研究高频链矩阵式逆变器解结耦SPWM调制策略的基础上,推导出任意并联逆变器之间的环流表达式。针对并联逆变器功率不均分问题采用鲁棒下垂控制,使并联逆变器的功率得到了均分,从而减小并联系统的环流。最后通过实验验证所提理论的可行性和有效性。研究结果可为并联逆变器系统中的环流分析提供理论依据。

基于滑模控制的孤岛直流微电网控制策略研究

由于孤岛直流微电网缺乏主网支撑,更易出现稳定性问题,针对孤岛直流微电网,兼顾稳态运行时的供电质量以及较高比例恒功率负载下系统可能出现的稳定问题,为各微源变流器提出了一种基于定频PWM的滑模控制方案。首先提出一种适用于多微源并联供电下的变流器电感电流参考值选取方案,以此间接实现了供电功率的精确分配,并将抛物线型下垂控制运用至控制系统中,以此改善母线电压的降落。其次,分析了滑模控制器的设计过程,并着重分析了滑模控制参数与恒功率负载和阻性负载之间的关系,并得出通过合适的滑动系数选取可以提高系统稳定性的结论。最后,通过MATLAB/Simulink进行仿真验证,仿真结果验证了所提方案对微网稳定性及稳态性能的改善以及对系统参数摄动的鲁棒性。

并网逆变器小信号建模方法对比及其适用性分析

小信号建模是当前微电网稳定性分析和逆变器控制器设计的重要手段。依据是否考虑滤波器和线路的动态特性,小信号模型可以分为高阶模型和降阶模型,因此产生两种模型的对比问题。文中在考虑功率环、LC滤波器与线路阻抗等各环节小信号建模的基础上,针对单逆变器并网系统建立了高阶小信号模型。进而采用稳态方程描述滤波器和线路的动态特性,得到系统的降阶模型与误差表达式。然后针对单逆变器并网工况,利用MATLAB/Simulink软件,仿真验证了两种模型的正确性。随后,通过对特征根、主要相关状态变量与误差表达式进行分析,均表明降阶模型能够高精度地获取低频特征根。此外,通过对两种小信号模型获取的参数灵敏度和根轨迹进行分析,发现降阶模型应用到低频振荡、阻尼分析和控制器设计等场合的效果与高阶模型一致。但因无法获得中高频特征根,在低阻抗比或感性网络中存在稳定性判断错误的可能性。最后,通过根轨迹及功率响应波形,验证了这些结论的正确性。

逆变器潮流计算节点类型等效及鲁棒下垂节点的潮流计算

潮流计算在电力系统分析中占据着基础性的地位。微电网的潮流计算往往需要利用节点类型等效的方法将逆变器转换成PQ和PV类型的节点。但节点类型等效的条件与逆变器控制策略密切相关。文中从微电网潮流计算的角度,通过比较逆变器滤波器的参数与微电网线路阻抗,总结了适宜进行直接等效的逆变器控制策略的特点。并针对近年来出现的鲁棒下垂控制器,建立了鲁棒下垂控制器的潮流计算模型。基于牛顿—拉夫逊法,给出了潮流计算的修正方程,统一求解系统潮流。最后,以欧盟20节点自治运行微电网为例,验证了算法的有效性。

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。

基于广义下垂控制的电力电子变压器运行策略优化组合

针对多台电力电子变压器构成的交直流混合系统中,电力电子变压器端口运行模式复杂,组合多样的问题,提出了一种基于广义交直流下垂控制的电力电子变压器运行策略优化组合方法,在保证系统安全运行的同时保证可再生能源的充分消纳。广义交直流下垂控制可通过控制系数的调整来近似端口运行模式的切换,避免了在非线性规划模型中引入整数变量,有效降低了模型的复杂度。在此基础上,建立了考虑可再生能源不确定性的电力电子变压器运行策略鲁棒组合优化模型,并进一步采用双层优化方法对所提模型进行求解,算例仿真结果证明了该方法的有效性与可行性。

容性等效输出阻抗的逆变器并联控制研究

并联逆变器的等效输出阻抗一般设计呈感性、阻性及阻感性。通过合理的控制方法和合适的参数设计,在以上三种等效输出阻抗形式下,均可实现微网中的多逆变器并联控制。为进一步寻求更优的并联控制策略,建立了两台逆变器并联运行系统模型,通过引入虚拟阻抗,将逆变器输出阻抗设计呈电容性,推导出了容性等效输出阻抗条件下的下垂控制算法,提出了基于容性等效输出阻抗的鲁棒下垂控制策略。通过仿真分别对比了容性和感性、阻性等效输出阻抗条件下的功率均分特性,结果表明,容性等效输出阻抗条件下的多逆变器并联运行系统具有更好的性能。通过两台额定功率均为2k VA的光伏逆变器并联系统平台验证了基于容性等效输出阻抗的鲁棒下垂控制策略的正确性。

Robust Iterative Learning Control of Single-phase Grid-connected Inverter

For the single phase inductance-capacitance-inductance(LCL) grid-connected inverter in micro-grid, a kind of robust iterative learning controller is designed. Based on the output power droop characteristics of inverter, the current sharing among the inverters is achieved. Iterative learning strategy is suitable for repeated tracking control and inhibiting periodic disturbance, and is designed using robust performance index, so that it has the ability to overcome the uncertainty of system parameters. Compared with the repetitive control, the robust iterative learning control can get high precision output waveform, and enhance the tracking ability for waveform, and the distortion problem of the output signal can be solved effectively.

基于新型趋近律的船舶微网直流变换器控制策略

船舶微网中母线电压的稳定控制、功率负荷分配等问题一直是研究的热点。针对船舶直流变换器中等速趋近律控制方法趋近时间长、抖振严重的问题,提出了一种新型趋近律方法,用于改善系统的趋近状态和稳定性能。同时,将功率-电压下垂控制方法和新型趋近律控制器相结合,实现了船舶微网中直流变换器功率合理分配。仿真实验表明了所提控制策略的有效性。

并网逆变器的鲁棒下垂控制技术

针对传统下垂控制策略中电压幅值和频率精度较低以及功率不能合理分配的问题,在传统下垂控制的基础之上提出了鲁棒下垂控制策略。基于鲁棒下垂控制的并网逆变器能够对电压、频率进行自动调节,提高系统的稳定性,保证无功功率的合理分配。在MATLAB/Simulink软件平台上搭建了两台逆变器并联运行的模型并进行验证。仿真结果表明:当线路阻抗不相同、逆变器容量不同时,逆变器输出有功/无功功率也能够实现合理的分配。

虚拟磁链定向直接功率控制多并联逆变器控制策略研究

针对传统的下垂控制策略瞬时功率估算鲁棒性能较差、抑制逆变电流总谐波效果不理想的缺点,提出一种基于虚拟磁链的定向直接控制策略,建立逆变器并联运行等效电路模型,搭建定频的虚拟磁链直接功率控制拓扑结构电路。最终利用仿真实验平台对并网逆变器的输出电流在两种控制策略下的波形鲁棒性和稳态时的频谱进行对比分析,仿真验证虚拟磁链的定向直接控制策略相对于下垂控制策略系统在调节逆变电流、稳定输出幅值且抑制逆变电流总谐波方面更具有优势。