基于机会约束规划的含智能楼宇主动配电网分布式能量管理策略

为实现集成智能楼宇(intelligent building,IBs)的主动配电网(active distribution network,ADN)灵活运行,该文提出一种基于机会约束规划的含IBs的ADN分布式能量管理策略。首先,基于建筑物的热惯性,构建含空调柔性负荷的IBs数学模型;其次,综合考虑楼宇侧与网络侧的运行约束,建立基于Dist Flow的集成IBs的ADN数学模型;然后,考虑到光伏(photovoltaic,PV)出力与外界温度的不确定性,利用机会约束规划将集成IBs的ADN优化问题转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)问题;最后,为了保护配电网运营商与用户的隐私性,利用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)实现了集成IBs的ADN的分布式能量管理。基于ADMM的解耦机制,原MISOCP问题可以被分解为楼宇侧的混合整数线性规划(mixed-integer linear programming,MILP)子问题以及网络侧的二阶锥规划(second-order cone programming,SOCP)子问题进行求解。结果表明,在保障各主体信息隐私性的前提下,所提策略利用IBs灵活性实现了集成IBs的ADN全局最优能量管理。

考虑负荷优化控制的区域配电网储能配置

针对分布式电源接入区域配电网对负荷特性的负面影响,综合考虑储能充放电功率约束、运行约束以及配电网潮流平衡约束,建立了储能系统优化配置模型。以"削峰填谷"和"平滑负荷"分别作为负荷控制目标。针对"削峰填谷"提出控制负荷峰谷差、控制负荷方差以及控制负荷率3种优化策略,针对"平滑负荷"提出控制负荷变化量、控制负荷变化平方量以及控制负荷变化率3种优化策略,并结合储能系统的成本优化,利用两阶段粒子群算法进行模型求解。最后得出,控制负荷方差对于"削峰填谷"最有效,控制负荷变化平方量对于"平滑负荷"最有效。此外,得出不同储能充放电功率约束下负荷特性的优化趋势和储能容量最优配置变化趋势,为储能系统配置提供了有效参考。

柔性直流环节对配电网优化运行作用的概率评估

柔性直流环节的引入有望提高配电网的潮流调控能力。提出一种直流环节对配电网优化运行作用的概率评估方法。在分析直流环节稳态特性的基础上,建立含直流环节的配电网随机优化潮流模型。由风电、光伏的离散概率模型构造多个分布式电源出力确定的条件概率分布问题。针对每个条件事件,结合粒子群寻优算法和半不变量解析法对所提出的模型进行求解,再应用全概率公式进行累加拟合,可得到计及直流环节调控作用的随机变量完整概率分布。采用IEEE 33节点算例在不同场景下进行了仿真分析,测试结果表明直流环节对配电网优化运行(尤其是分布式电源高渗透率条件下)具有积极作用,提出的方法对直流环节接入交流配电网规划具有理论和实际意义。

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。

微电网逆变器VCS模式与CCS模式的切换技术

基于传统PWM整流器的PQ控制电流源(current controlled source,CCS)模式和适用于微电网逆变器的下垂控制电压源(voltage controlled source,VCS)模式,增加了输出闭环跟踪环节,提出了一种适用于微电网逆变器在2种控制模式间平滑、稳定切换的方法。分析了该切换方法的工作原理,并从稳定性和响应速度等方面对闭环跟踪环节控制参数的设计进行了分析。仿真和实验结果验证了所提模式切换方法的可行性。

交直流混合微网功率控制技术研究综述

微网是解决未来智能电网系统中大规模可再生能源接入问题的重要手段,其中,交直流混合微网兼顾了交流微网和直流微网二者的优点,将成为未来微网发展的主流。微网中通常采用电力电子变换器作为微源进行电能变换的接口,如何实现接口变换器之间功率合理配置是微网控制系统的重要目标。文章从交直流混合微网3个组成部分(交流子微网、直流子微网、交直流互联变换器)出发,对相应的功率控制技术进行了全面的阐述;总结并归纳出交流、直流子微网功率控制技术的通用之处和各自特点。最后,结合未来智能电网的特点,对交直流混合微网未来关键技术进行了讨论和展望。

基于非线性下垂控制的单模式微网并/离网无缝切换技术

双模式并/离网切换过程中会出现并网静态开关滞后于控制程序切换以及控制指令在切换前后会发生突变的现象,切换前后易产生电压、电流畸变,危害供电安全。分析了并/离网切换过程产生电压、电流畸变的原因,提出了改进的并/离网下垂单模式切换方法,采用平移下垂曲线并结合非线性下垂曲线控制策略。在此基础上,切换前对逆变器功率输出进行调整,实现了切换前后控制指令平滑过渡,抑制了电压电流畸变冲击,实现了并/离网平滑无缝切换。仿真和实验结果验证了所提策略的可行性。

微电网系统准同期并网改进控制策略

微电网中越来越多以电力电子装置为接口的分布式电源采用模拟同步发电机的下垂控制策略来实现并网和孤岛工况的运行及相互之间的切换。基于分布式电源下垂控制策略和传统电网自动准同期并列装置工作原理,分析了微电网系统准同期并网原理,将频率调节和相角调节进行了统一,提出了一种微电网系统准同期并网的改进简化方法。针对电网末端三相电压不平衡等实际工况,采用正负序角度之和实现通信的传输,降低了对通信实时性的要求,增加负序分量的同步环节。

计及多种控制方式的直流电网潮流计算方法

基于柔性直流输电的直流电网技术是解决大规模新能源并网和消纳的关键手段之一。相比传统高压直流输电和多端直流输电,直流电网的运行方式更为灵活,其控制方式的多样化将使得原有潮流算法不再完全适用。在直流电网稳态模型的基础上,深入分析了换流器和直流变换器的控制方式以及直流电网的控制策略,推导得出了不同控制方式下潮流变量、雅克比矩阵和网络参数的计算方法,适用于计及多种控制方式的直流电网潮流计算。采用国际大电网组织提出的直流电网测试系统和改进的IEEE RTS-96算例,验证了方法的有效性和准确性。所提方法可为大规模直流电网的稳态分析及潮流计算提供参考。

一种适用于直流微电网的改进型电流负荷分配控制策略

实现DG间电流负荷合理分配是微电网重要控制目标,直流微电网中通常采用可靠性、可扩展性以及经济性较好的I-V下垂控制作为负荷分配方法。然而,在实际微电网系统中,由于线路阻抗的存在导致I-V下垂曲线中电压电流相互影响,进而导致分配精度降低。为此,本文提出一种新的下垂控制,通过引入电压变化率V替代电压V在下垂中的地位,减少电压电流间影响,使电流负荷分配精度得以改善;同时,文中还引入V归零控制器对所提下垂控制进行补偿,以实现输出电压稳定。最后,稳定性分析和实验结果均验证了所提方法的可行性和有效性。

多电平变换器的一维空间矢量调制技术研究

随着逆变器输出电平数进一步增多,调制策略计算更加复杂,难以实现。一维空间矢量调制方法将桥臂输出状态模拟为一维的电压矢量,通过简单的判断和计算得到开关管开关状态,大大地简化了多电平逆变器的调制策略。但是该方法推广到多相时,线电压会出现电平层交叠现象。基于一维空间矢量调制提出一种锯齿载波实现方法,根据计算得到的矢量作用时间分解调制波,再与锯齿载波进行比较产生脉冲。多相输出时,可通过改变载波的相位关系改变各相之间脉冲的位置关系,以消除线电压电平层交叠现象,提高线电压谐波性能。此调制波分解办法使得脉冲冗余矢量选取、脉冲宽度、脉冲位置均可控,计算简单易实现,针对不同拓扑的通用性强。通过仿真和实验对所提的方法进行了验证,结果表明了所提出方法的有效性和优越性。

统一电能质量调节器在新能源发电场的虚拟同步特性分析

在可再生能源电场并网点处增设统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC),能够在不改变新能源发电装置原有控制的前提下使其具备传统同步发电机的频率和电压支撑能力,可以认为是一种提高可再生能源并网稳定性的有效措施。为此,主要研究UPQC的虚拟同步发电机控制策略及特性,该方案仅需在可再生能源电场出口处进行外部改造。首先介绍了接入新能源场站的UPQC输电系统运行方案,在此基础上建立了该系统的功率数学模型,设计了基于UPQC的虚拟同步发电机控制策略;然后阐述了不同工况下UPQC内部功率流动机理,探讨了影响串、并联变流器视在功率的限制因素,并进一步设计了在特定情况下的系统容量参数指标。最后,在Matlab/Simulink仿真平台搭建了UPQC的输电模型并进行验证,仿真结果表明,所提控制策略可以实现UPQC的虚拟同步化控制。

应用于直流电网的新型直流自耦变压器

为了满足直流电网对直流变压器高效率、低成本的迫切需求,改进传统直流变压器设计容量大、效率低的不足,研究了一种基于改进的双向隔离型DC/DC变换器串并联结构的新型直流自耦变压器(DC AUTO)拓扑,只有部分功率经过变压器传输,可部分降低变压器的容量和设计成本,可依据两侧直流系统的电压等级灵活地对子模块进行串并联组合。采用交错并联控制减小了子模块的滤波电感和电容值从而降低了子模块体体积和成本。为了确保系统稳定运行,采用电容电压均衡控制和平均控制实现系统均压及均流。根据两侧是有源或无源特性提出2种整体控制策略。最后,对所提出的拓扑和控制策略进行仿真分析和实验验证。

直流微网中复合储能装置的并联技术研究

随着电网中分布式电源的日益增多,储能技术在提高系统的稳定性和改善电能质量方面显得越来越重要。考虑到当前储能元件的特性,复合储能系统比单一储能系统具有更多优点,但当前复合储能技术多基于主从控制,需要高带宽通信,系统可靠性被削弱,不适合于分布式特点的直流微网。从提高直流微网中储能装置的扩展性及冗余度角度出发,提出了一种新型复合储能装置的并联控制策略。该策略中,电池采用电压-电流(U-I)下垂控制,超级电容采用电压变化率-电流(U'-I)下垂控制。该系统在仅依靠储能装置本地信息时,实现不同类型储能装置响应对应频段的分量和同类型储能装置之间的功率自动分配。最后,仿真和实验结果验证了该策略的正确性和有效性。

基于电网扰动暂态响应分析的虚拟同步机黑箱建模

建模和仿真是研究储能系统控制应用的重要工具。针对储能变流器的虚拟同步机(virtualsynchronousgenerator,VSG)控制,提出了一种基于电网扰动暂态响应分析的黑箱建模方法。首先基于VSG二阶非线性模型及其在工作点附近的小信号摄动处理,分析电网运行条件和功率指令对黑箱参数的影响,由此确定了黑箱参数MPf辨识采用输出误差(outputerror,OE)模型,黑箱参数MQU辨识采用多中心(polytopic)模型,进一步分析了OE模型的适用条件,并给出了辨识和建模流程。然后通过电网扰动激励出功率振荡模态信息,利用最小二乘法辨识黑箱参数。最后根据实验数据建立了VSG黑箱模型并且验证了模型的有效性,同时在Matlab/Simulink里搭建仿真模型,通过对比详细仿真模型和黑箱模型的仿真速度与存储空间,验证了黑箱模型适用于系统层对大规模储能系统的仿真分析。

基于差额功率转换的锂电池储能系统建模与可靠性分析

相较电池储能系统的传统全功率直流转换方案,差额功率转换拓扑构架可以降低功率变换器设计容量、成本及运行损耗,提升锂电池能量存储性能。现有文献对差额功率储能系统容量优化设计、数学模型、可靠性对比及电池充放电特性的深入研究较少。为此,文章通过量化分析锂电池电压范围实现差额功率变换器容量优化设计,建立稳态电路模型及频域模型分析系统可控性、动态特性及稳定性。在此基础上,建立可靠性模型,对比不同储能系统平均失效时间,评价可靠性差异。仿真结果表明,差额功率储能方案可靠性高于传统全功率直流转换储能方案。最终,研制基于全桥移相双向DC-DC变换器的24V差额功率储能系统样机,通过10A恒流充放电实验,验证差额功率储能系统动态特性及充放电运行稳定性。

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。

二倍频功率解耦的升降压型无桥PFC变换器

AC-DC变换器需加入有源功率因数校正(power factor correction,PFC)电路来减少网侧电流谐波。传统Boost型PFC电路因其升压特性而无法使输出电压宽范围变化。该文采用一种升降压型无桥PFC变换器,通过切换升压通路和降压通路实现电压宽范围输出。为进一步减少网侧电流谐波,采用变载波调制,通过改变升压载波和降压载波的分配比例使其随输出电压变化而变化,相比于定载波调制降低网侧电流总谐波失真值。针对单相PFC电路存在二倍频功率需在输出端并联大电解电容的问题,文章利用双向Buck-Boost电路进行功率解耦以吸收二倍频功率。最后,介绍升降压型无桥PFC变换器的工作原理和控制策略,实验结果验证了升降压型无桥PFC变换器及其控制方式的正确性和有效性。

低畸变率升降压型AC/DC变换器控制策略研究

级联式升降压型AC/DC变换器可实现宽范围的电压输出,但其网侧电流无法直接控制且模式切换较为困难,导致网侧电流畸变较为严重。为实现对网侧电流的控制,利用电感电流和网侧电流的关系,提出了一种电网电流间接控制策略,通过网侧电流指令和输入输出电压大小得到电感电流指令,以此控制电感电流即可实现网侧功率因数校正功能,并得到较低的网侧电流总谐波畸变率(THD)。最后通过实验验证了所提控制策略的有效性与正确性,同时还证实了该方法具有控制简单、指令切换平滑的优点。

M/G/k排队模型在电动出租汽车充电站排队系统中的应用

针对电动出租汽车充电站排队系统,通过对电动出租汽车到站时间和充电服务时间实际调查数据的统计分析,得出了车辆到站时间间隔服从负指数分布和充电服务时间服从正态分布的结论,给出了电动出租汽车充电站排队系统类属M/G/k排队模型的数学依据,并对M/G/k排队模型和M/M/k排队模型进行了对比分析。在相同的输入条件下,M/M/k排队模型和M/G/k排队模型中系统运行指标的明显差异表明二者在电动出租汽车充电站排队系统中不能通用。针对电动出租汽车充电站M/G/k排队系统,分析了电动出租汽车到站SOC数学特征对排队系统的影响,并提出了改善系统运行指标、提高系统服务能力的相应措施。