多源多负荷直流微电网的稳定裕度分析及控制参数优化设计方法

为研究多源多负荷参数间的耦合交互对系统稳定运行的影响,该文建立多源多负荷直流微电网的小信号模型,基于系统振荡模态以及参与因子进行电压稳定性分析。在考虑同类参数耦合的系统稳定裕度分析中,发现全新规律为三台电源供电时,源侧线路长度采用“两长一短”比“两短一长”时系统稳定裕度更大。在考虑异类参数交互的系统稳定裕度分析中,详细解释了多源中下垂系数和虚拟惯性系数的交互作用。基于多控制参数的耦合交互影响,提出控制参数优化设计方法,实现系统稳定裕度最大,并使多源具有提供较大惯性的能力。最后,实验结果验证了上述分析的正确性。

基于虚拟惯性控制的光伏直流微电网稳定性分析

在“双碳”目标下,直流微电网呈现低惯性特性,这对系统稳定运行造成不利影响。建立基于母线节点导纳网络的负反馈模型,利用其等效开环函数对系统稳定性进行分析。针对系统稳定裕度不足,提出将虚拟惯性控制引入光伏单元,实现光照变化较大情况下的母线电压平滑输出。理论分析与实验结果表明,所提控制方法在保证光伏利用率的基础上,对母线电压波动的抑制效果明显。

小型微电网中基于区块链技术的分布式能源交易模式探索

随着分布式能源的兴起,小型微电网作为实现能源自主供给、清洁高效应用的关键途径而备受关注。文章介绍小型微电网和分布式能源的概念、特点及其在能源领域的重要性,进一步探讨区块链技术的基本原理及其在能源交易中的优势和潜力。在此基础上,设计基于区块链技术的分布式能源交易模式,包括交易流程、智能合约设计以及隐私保护机制,为小型微电网的发展提供新思路。通过搭建分布式能源交易平台,并结合案例分析,验证了该模式的可行性和效果。通过该研究,为推动清洁能源的利用和小型微电网的发展提供有力支持。

考虑构网型和跟网型变流器的孤岛微电网小信号稳定性分析

由电力电子设备主导的孤岛微电网面临系统惯量小、无频率支持而导致的稳定性问题,恒功率负荷的渗透也加剧了系统的失稳风险。研究了由构网型变流器和跟网型变流器为主导的,计及恒功率负荷的孤岛微电网稳定性。首先,建立了孤岛微电网系统的全阶小信号模型,通过特征值分析法研究了构网型变流器控制中下垂系数对稳定性的影响并得到了下垂系数的数值上界;其次,通过参与因子法揭示了系统参数和控制参数对小信号稳定性的影响;最后,在Matlab Simulink中建立了该孤岛微电网的开关模型,仿真验证了小信号分析结果的准确性。

基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制在下垂控制的基础上,引入了同步发电机的转动惯量和阻尼系数,改善了系统的动态频率响应特性,提高了交直流混合微电网的抗扰动能力,但同时忽略了一定的动态调节性能。针对这一问题,提出一种基于VSG的接口变换器参数模糊自适应控制策略。该控制策略能够降低系统在振荡过程中的超调量,进一步提升系统在面对扰动时的动态调节性能,且更具灵活性。首先,基于交直流混合微电网的瞬时功率平衡关系,给出接口变换器VSG控制策略;其次,建立整个闭环控制系统的小信号模型,分析关键参数对系统稳定性的影响;然后,基于模糊控制设计虚拟惯量和虚拟电容的自适应控制策略;最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性与优越性。

弱通信条件下计及暂态频率约束的小水电微电网紧急控制策略研究

小水电作为可再生清洁能源在生态环保、配网建设等方面的重要作用日益凸显,上级电网出现故障失电时小水电可独立自组网运行,提高供电可靠性。文章针对上级电网失电小水电独立组网切换的紧急控制策略展开研究,提出考虑暂态频率约束的“集中决策+就地控制”紧急控制策略,在不同源荷工况下,实现故障瞬间的微电网由并网运行向孤岛运行平滑过渡;集中决策阶段预先决策小水电与负荷开关状态并定期下发开关指令,就地控制阶段实时给出孤岛判别信号并综合集中控制器开关指令进行就地动作,保证弱通信条件下负荷连续供电、频率满足系统运行标准。同时,对频率进行数值积分求解并将其嵌入控制结果搜索过程,有效解决集中决策过程中的频率解析求解困难问题。最后,基于RTDS仿真平台搭建韶关某山区电网的电网模型并验证小水电微电网紧急控制策略的可行性与有效性。

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明:所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。

基于希尔伯特-黄变换的微电网主动小干扰稳定性评估方法

微电网小干扰稳定性分析多采用基于系统线性化模型的特征值分析法,在系统模型及参数已知情况下可获得准确结果。然而,具有低惯性、弱阻尼特征的微电网在实际运行过程中系统拓扑及参数会动态变化。为此,文中提出一种主动小干扰微电网稳定性评估方法,该方法无须获取系统结构及准确参数,通过向系统注入电流脉冲,采集并提取电压动态响应曲线,采用希尔伯特-黄变换方法辨识响应曲线中振荡模态的参数,获得系统振荡模态的阻尼比以评估微电网小干扰稳定性。同时,为对比验证所提方法的正确性,在微电网结构和参数均已知情况下建立微电网的小信号模型,以求解的主导特征根与所提方法的辨识结果进行比较。最后,分别基于MATLAB/Simulink及StarSim硬件在环软件建立系统仿真和实验平台,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制

为解决高渗透率直流微电网带来的低惯性问题,利用储能单元充放电提供的惯性支持能力,提出一种考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制策略。首先,考虑荷电状态与电压波动约束,建立复合控制函数对下垂截距进行调节,使储能单元支撑功率均衡分配,又能跟随电压波动迅速动作,给系统提供惯性支持;其次,建立直流微电网小信号模型,给出变下垂截距定量约束,并论证了该约束内系统的稳定性;最后,利用MATLAB/Simulink仿真算例验证了该策略在储能单元充放电极限区域内的可行性,结果表明所提方法不仅能够增强系统惯性,还可实现储能单元的功率均衡。

基于小样本数据差分扩容的微电网负荷预测方法

面向新能源微电网负荷预测,针对中长期负荷预测中样本数据不足导致预测精度不高的问题,提出了一种新的数据扩容方法,将原始数据样本两两差分作为新数据样本,通过设置阈值进行数据筛选,在扩充数据样本的同时保证数据的准确性,分析了基于差分运算的数据扩容方法对于负荷数据不确定性的消除效果。考虑气象、人口等影响因素,利用多元回归分析拟合各种关联因素对负荷的影响,将原始数据负荷预测模型作为对照,通过比较预测结果与实际负荷之间的误差,验证了数据扩容方法的实用性和准确性。

交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标,2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器(VSC)进行直流互联。在功率双向流动系统中,定功率控制模式下变流器作为功率负载时,其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性,进而减小系统阻尼,容易让系统失去稳定。针对该问题,提出一种多阻抗优化控制方法,不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗,还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化,减小两侧阻抗的相位差,多角度增强系统的稳定性。首先,对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次,对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后,分析了多阻抗优化控制的工作机理,并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据,对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明:提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化,不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正,还可以减小直流侧阻抗间的相位差,使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。

基于小水电的某乡镇10 kV微电网规划研究

偏远山区中压配网规划建设困难,导致地区网架薄弱、供电质量较差。以典型地区为例,分析10kV电网的基本情况及存在问题,以及光伏、水电等可再生能源资源情况和发电能力;根据负荷特性、电力负荷发展情况,利用当地既有小水电,规划新能源和储能系统形成乡镇级别的10 kV微电网,以提升当地的供电质量。

柔性接入微电网的小信号建模

针对传统并网硬开关无法主动调节潮流的问题,利用背靠背变流器取代传统并网硬开关,对配电网与微电网进行柔性互联,便于二者之间的协调控制。为对系统进行稳定性分析,并考虑到不同规模的微网内分布式电源数量的不同,文中建立一种经背靠背变流器接入的含N个分布式电源的微网小信号状态空间模型框架。利用MATLAB对其进行特征值分析,确定了影响微电网稳定性和动态性能的关键参数。在PSCAD/EMTDC平台上搭建出基于下垂控制的微电网柔性并网运行模型,将建立的小信号模型与搭建的仿真模型结合,在多个工况下进行仿真,验证了建模、分析与结论的正确性。

基于差分进化算法的微电网小水电PID参数优化研究

含小水电的微电网稳定运行需要小水电机组有较好的调节性能。目前电力系统小水电机组调速系统的PID参数优化,主要以人工实测为主,效率较低,且难以获取较优的参数。为填补人工优化的不足,本文提出了一种综合差分进化(DE)算法和仿真模型的仿真加实测的参数优化方法。首先基于差分进化(DE)算法和仿真模型仿真优化小水电机组调速系统的PID参数,其次根据仿真结果开展现场实测验证,并把实测结果反馈回仿真模型,反复迭代优化。仿真加实测结果均表明该方法缩小了参数现场实测的范围,提升了参数优化效率和与微电网的匹配性。

提高直流微电网稳定性的并网换流器串联虚拟阻抗方法

保证直流微电网稳定运行的核心是控制直流母线电压稳定。为解决附加虚拟惯性控制和恒功率负载削弱系统阻尼、导致直流母线电压产生高频谐振的问题,从阻抗匹配的角度出发,利用有源阻尼的思想,提出并网换流器串联虚拟阻抗的方法。首先对并网换流器的控制系统进行小信号建模,得到输出阻抗,分析并提取输出阻抗的尖峰量,在控制系统中将该尖峰函数以虚拟阻抗的形式补偿到原阻抗,达到减小输出阻抗的目的。其次针对不同虚拟惯性系数和负载功率,给出了虚拟阻抗的具体计算过程,利用Middlebrook判据对串联虚拟阻抗后系统的稳定性进行判断。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型并进行时域仿真,在RT-LAB实时仿真平台进行实验测试,验证了串联虚拟阻抗方法的有效性。

逆变型分布式电源微网小信号稳定性动态建模分析

现有微网小信号稳定性分析中,通常忽略网络和负荷的实际动态特性且对分布式电源逆变器采用理想建模,导致分析结果产生一定误差。为更准确分析微网和大容量逆变器的动态性能,建立了逆变型分布式电源微网的小信号动态模型,主要包括2个子模型:网络及负荷小信号动态子模型和电压、电流双闭环控制逆变器的小信号动态子模型。利用该模型计算了有功负荷增加20%情况下的阶跃响应,并运用PSCAD/EMTDC软件对相同运行状态进行了仿真,两者对比验证了所提出模型的正确性。应用该模型时,通过计算其特征值便可直观分析微网的小信号稳定性,在进一步对特征值进行敏感度分析的基础上,找出影响主低频特征值的状态变量。该模型的建立可为控制器参数的优化设计提供依据,且有助于提高微网小信号的稳定性。

基于小生境遗传算法的微电网控制与优化

提出一种基于小生境遗传算法的微电网控制策略及优化方法。建立整个微电网的小信号动态模型,分析得到影响微电网运行特性的主要控制参数及其优化取值域,有效提高了优化过程的计算效率。为构建准确的优化目标函数,采用PSCAD/EMTDC搭建微电网平台并进行各种工作模式及模式切换的时域仿真。针对传统遗传算法存在的非全局性收敛、收敛速度慢等问题,采用小生境技术和自适应技术改进的遗传算法优化微电网的运行特性。算例分析结果验证了所提微电网控制策略及优化方法的有效性和鲁棒性。

负荷中心含微电网的小干扰电压稳定性分析

分析负荷断面的小干扰电压稳定时,当负荷中心包含地方电厂,这些负荷中心电源的动态特性对受端电网的电压稳定有着显著的影响。使用包含小电源的负荷模型,运用基于潮流的小干扰稳定分析法,研究小电源为汽轮发电机时其对负荷断面电压稳定的影响,利用模态分析法获得评价电压稳定的指标,并深入探讨了机组的励磁和调速系统的增益环节与电压稳定指标的关系。结果表明负荷中心的汽轮发电机组对电压稳定有着积极作用,仿真结果验证了该结论的正确性。

考虑小水电季节特性的微网经济运行

针对小水电集中地区微源运行和小水电、风电的互补特性,考虑小水电发电的季节差异,基于分时电价,以计及微网运行、网际交易、折旧等要素的总成本最低为优化目标,并运用AHP层次分析法建立微网的调度和经济运行模型。通过所建模型优化微源出力,灵活调度蓄水库运行,合理配置主网与微网之间的电能交易。选取典型微网为案例,并根据不同季节的典型负荷曲线进行仿真,结果表明季节特性对于小水电集中地区微网有较大的影响,针对丰水期和枯水期分别制定不同的调度策略是相当必要的;同时也证明了风-水互补运行对于提高微网经济性和可靠性都具有重要意义。

光伏微电网孤岛运行时多种振荡模式的小信号建模分析

现有文献对光伏微电网孤岛运行时可能存在的多种振荡模式研究较少。文中针对一种含有光伏电源的典型微电网,建立了系统孤岛运行时的全阶小信号模型。通过特征值分析,揭示该微电网中存在5~20 Hz,60 Hz及800~1 000 Hz这3种主导振荡模式。通过计算参与因子分析了特征值对状态变量的敏感度,揭示了各振荡模式的起因。利用该模型分析了控制器和网络参数变化对系统小干扰稳定性的影响。利用微电网物理实验平台进行扰动测试,实验结果准确地反映了以上3种振荡模式,说明所建立全阶小信号模型的正确性。该模型的建立为优化微电网中光伏电源主电路和控制器参数提供了依据。