低压微电网孤岛运行模式下改进下垂控制

针对孤岛运行模式下的低压微电网系统中,多分布式发电(distributed generation, DG)单元并联运行,由于各DG逆变器输出线路阻抗差异的存在,导致系统中各DG单元根据传统下垂控制对负荷无功功率难以进行均衡分配,此外,低压微电网的输电线路阻感比很高,有功功率/频率和无功功率/电压控制有复杂的耦合现象,不能直接应用下垂控制的问题,提出了一种基于虚拟阻抗和电压补偿环节的改进下垂控制策略。通过引入虚拟阻抗改变下垂系数值,实现输出无功功率按DG容量比例分配供电;以及引入电压补偿环节,保证各DG单元输出电压相等,抑制无功环流现象。以PSCAD为仿真平台建立孤岛型微电网仿真模型,仿真结果验证了改进控制策略的有效性。     

基于非线性多智能体系统的微网分布式功率控制方法

传统下垂控制方法存在难以使微网负荷功率按照分布式电源容量合理分配的问题,为此在分析功率分配机理基础上,针对含多个分布式电源的微网,提出一种基于非线性多智能体系统的分布式功率控制方法。该方法在不影响有功功率分配精度前提下,通过引入有功扰动项使负荷无功功率可按照分布式电源容量实现精确分配。同时,为保证系统输出频率和电压均稳定在额定值或偏移很小,基于一致性和输入/输出线性化理论,在分布式电源多智能体网络拓扑结构下设计分布式非线性协同下垂控制器,弥补有功扰动引起的系统频率和电压的波动。仿真实验结果验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

基于粒子群算法的微电网有功无功下垂控制

微电网是未来分布式发电系统的一个重要组成部分,能够集成多种类型的可再生能源并改进能源管理模式。微电网由多个分布式发电单元构成,当微电网孤岛运行时,各个发电单元装置之间必须进行合理的有功和无功分配,以保持微电网内严格的负荷平衡,传统的大电网下垂控制方法易受线路阻抗影响,已不能适应微电网功率分配要求。本文提出了一种可以协调多个DG输出功率的新的下垂控制器优化方法,通过粒子群算法(PSO)优化得到最优下垂控制参数,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性和可行性。     

基于本地自适应调节的交直流混合微电网全局协调控制

针对交直流混合微电网,提出了一种基于本地自适应调节的微电网全局协调控制策略。对直流子微网内的分布式电源(DG)设计模糊自适应下垂控制,通过自动调节下垂系数消除线路阻抗的影响,实现直流子微电网内部有功功率的精确分配。对交流子微电网内的分布式电源,设计基于同步补偿的改进下垂控制,从而消除线路阻抗的影响,保证有功功率均分的同时实现无功功率均分。在本地调节的基础上,设计计及储能参与的混合微电网全局协调控制策略,消除频率/电压偏差并恢复至额定值,实现交直流子微网间、子微网与储能系统间功率的合理流动和自主分配。与此同时制定功率交换控制规则,以避免不必要的功率交换,降低了功率损耗并延长了储能寿命。运用MATLAB/SimuLink仿真平台,对所设计控制策略的有效性进行验证。     

一种具有网络自适应能力的分布式电源改进下垂控制策略

微电网孤岛运行时,分布式电源可采用下垂控制模拟传统同步发电机功率分配机制,但由于馈线阻抗不一致、本地负荷不匹配等因素的影响,各分布式电源难以按照下垂系数合理分配负荷功率,产生功率分配偏差。针对此问题,首先分析了网络端口特性差异对下垂控制功率分配的影响,并提出了一种具有网络自适应能力的分布式电源改进下垂控制策略,利用微电网中央控制器获取分布式电源输出的有功信息,并对阻性下垂控制进行积分改造,以补偿逆变器输出电压参考值的差异,从而实现有功负荷的精准分配。所提控制策略具有良好的网络自适应能力,可适用于复杂结构的微电网,且受通信延迟和故障的影响小。仿真和硬件在环半实物实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电力设备检测实验室专用微电网接入结构设计及功率控制方法

针对传统微电网无法满足电能高质量领域的电源需求,以电力设备检测实验室的测试电源为研究案例,提出了串联型分布式电源单元(DG)的接入结构,同时为了减少功率分配误差并提高电压的稳定性,提出了功率因数/频率反下垂控制方法。研究结果表明:采用串联型的微电网接入结构以及反下垂控制方法,可以实现DG单元的有功和无功功率均分,减少功率分配误差,从而实现DG单元的电压波形同步,解决了DG单元电压相角不同造成的功率不匹配问题,同时提高了公共连接点(PCC)的电压幅值,保证了电源电压的稳定运行。通过研究发现,采用这种微电网接入结构以及功率控制方法可以为微电网系统提供精准功率控制、电压稳定的电源,该电源可以满足电力设备检测实验室的测试要求。     

考虑自适应虚拟阻抗的微电网分布式功率控制策略

针对低压微电网中,采用传统有功功率—电压幅值下垂控制的分布式电源在阻抗不匹配时难以按照下垂系数合理分配负荷有功功率的问题,提出了一种基于自适应虚拟阻抗的分布式功率控制策略,有效补偿了不匹配的馈线阻抗引起的电压降差异,实现了负荷功率的合理分配。所提策略基于多智能体一致性理论,构建了分布式的控制结构,各分布式电源仅需使用本地和相邻电源的功率信息对虚拟阻抗的模进行自适应调节,避免了对全局信息的依赖。通信网络拓扑中包含生成树的系统需求易于通过稀疏网络实现。同时,根据输出功率因数调节虚拟阻抗的阻抗角,增强了系统的鲁棒性。仿真结果证明了所提策略的有效性和可行性。     

孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制

针对传统的下垂控制策略会导致孤岛微电网稳态角频率和电压偏离额定值,且其依赖周期性通信的问题,提出一种孤岛微电网的分布式有限时间事件触发二次协调控制.首先基于多智能体系统的追踪一致性,即以系统稳态电压和角频率参考值为虚拟领航者,视分布式电源(DG)为多智能体系统的智能体,来实现系统电压和角频率的恢复控制以及期望的有功功率比例分配.然后设计了分布式有限时间事件触发二次协调控制,且只在事件触发时刻进行信息交换,其余时刻利用状态估计器输出代替DG实际状态.采用李雅普诺夫方法分析了所提策略的稳定性和可行性.最后在MATLAB/Simulink中搭建孤岛微电网测试系统进行仿真分析,仿真结果及理论分析验证了所提控制方法的有效性和优越性.     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协同控制

直流微电网的控制目标主要是实现维持电压稳定和负荷比例分配,传统的下垂控制无法同时兼顾两个控制目标,而集中控制存在依赖中央控制器等弊端。文中提出一种基于有限时间一致性的直流微电网分布式控制策略,在下垂控制的基础上,提出包括电流矫正控制和电压调节控制的分布式二次控制。该策略基于多代理系统及其分布式交互协议实现,各分布式电源代理仅与邻居交互输出电流信息,通过有限时间一致性协议,完成各分布式电源的输出电流按比例分配,并利用平均输出电流进行电压协同调节。所述控制策略以分布式的方式实现,能够满足分布式电源即插即用的要求,采用有限时间一致性算法具有较好的收敛性能。为验证该策略的控制效果,在PSCAD/EMTDC中建立了详细的直流微电网模型进行仿真。结果表明所述策略可以有效地完成直流微电网电压稳定和负荷比例分配的控制目标。     

一种微电网无功均分的改进控制策略

受微电网线路阻抗不匹配等因素的影响,传统的下垂控制难以按照下垂增益合理分配无功功率,为了提高微电网中分布式微源输出无功功率的均分精度,又不至于降低电压质量,提出了一种基于同步思想的微电网无功均分改进下垂控制策略。该方法在传统下垂控制的基础上引入了无功补偿和电压恢复机制,利用中央控制器发出的低带宽同步信号的触发,无功补偿机制将修改下垂特性曲线的电压偏置,改善无功出力分配精度,而电压恢复机制则补偿由此造成的输出电压的降低,实现电压恢复。从理论上证明了该算法的稳定性,且仿真和实验结果均表明,改进下垂控制的无功均分方法实现了负荷有功和无功功率的合理均分,并具有良好的动态和稳态性能。     

A dual control strategy for power sharingimprovement in islanded mode of ACmicrogrid

Parallel operation of inverter modules is the solution to increase the reliability, efficiency, and redundancy of inverters in microgrids. Load sharing among inverters in distributed generators (DGs) is a key issue. This study investigates the feasibility of power-sharing among parallel DGs using a dual control strategy in islanded mode of a microgrid. PQ control and droop control techniques are established to control the microgrid operation. P-f and Q-E droop control is used to attain real and reactive power sharing. The frequency variation caused by load change is an issue in droop control strategy whereas the tracking error of inverter power in PQ control is also a challenge. To address these issues, two DGs are interfaced with two parallel inverters in an islanded AC microgrid. PQ control is investigated for controlling the output real and reactive power of the DGs by assigning their references. The inverter under enhanced droop control implements power reallocation to restore the frequency among the distributed generators with predefined droop characteristics. A dual control strategy is proposed for the AC microgrid under islanded operation without communication link. Simulation studies are carried out using MATLAB/SIMULINK and the results show the validity and effective power-sharing performance of the system while maintaining a stable operation when the microgrid is in islanding mode.     

基于全分散理念的F-P型分布式电源自趋优控制方法

针对频率—有功功率(F-P)型分布式电源,提出一种适用于交流微网孤立运行时的有功控制策略。该策略充分利用微网中交流电网的天然耦合特性,在不借助分布式电源间或者分布式电源与中央控制器间通信的条件下,实现分布式电源出力自趋优功能。所提出的控制策略具有分层结构,包含频率分层控制和频率跟踪控制两个部分,其主要特点为:适用于以逆变器为接口且工作在电流源模式的分布式电源;完全基于本地信息,在不借助中央控制器和集中通信系统的情况下,能够通过各分布式电源的本地信息实现自趋优控制;该策略按照等微增率准则来分摊负荷,使各分布式电源的成本微增率相等。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

基于边际成本下垂控制的自治微电网分布式经济运行控制

由于微电网中不同类型分布式电源的运行成本各异,传统下垂控制按照容量比例分配功率,易导致系统成本偏高。提出基于边际成本的改进下垂控制,按各分布式电源边际成本一致分配功率。为进一步解决其功率分配精度易受线路阻抗影响的问题,提出基于一致性算法的分布式经济运行控制策略,通过优化下垂控制的参考电压,实现各分布式电源边际成本一致,从而有效降低系统运行成本。该分布式经济运行控制策略利用稀疏分布式网络,无中心节点,仅需相邻分布式电源间交互信息,可靠性高。MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法能较好地实现自治微电网的经济运行。     

一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略

由于独立运行的微网中馈线阻抗不匹配,采用传统下垂控制策略的分布式电源难以精确地分配输出功率。针对该问题,提出了一种改进的分布式电源无功功率精确分配下垂控制策略。在该策略中,中心控制器采用低带宽通信向各个分布式电源发送交流母线电压偏离补偿信号,分布式电源的本地控制器获取该补偿信号后,通过积分构造出输出电压的幅值参考。采用所提出的下垂控制策略,各分布式电源在实现无功功率精确分配的同时,可以有效消除交流母线的电压降,将母线电压恢复至额定值。仿真结果表明,所提出的改进下垂控制策略在复阻抗特性馈线微网中具有一定的有效性和可行性。     

基于自适应经济下垂控制的微电网分布式经济控制

在孤岛微电网中,传统下垂控制按分布式能源的容量比分配有功功率,容易使微电网的整体运行成本偏高。为有效降低系统运行成本,依据等微增率准则提出一种基于边际成本的经济下垂控制框架,在该框架下分布式能源能够按照等边际成本出力。考虑到分布式能源的最大出力限制,提出基于一致性的分布式自适应控制器,将功率稳定在最大值,从而退出边际成本一致性。提出一种分布式二次频率控制器有效恢复孤岛微电网的频率。仿真结果证明了所提控制器的有效性以及抗通信失败的性能。     

A distributed non-Lipschitz control framework for self-organizing microgrids with uncooperative and renewable generations

This paper investigates the design of robust distributed voltage and frequency control for a self-organized microgrid. A multiagent distributed secondary hierarchy is proposed using control Lyapunov function. Power resources are categorized as controllable and uncontrollable distributed generations (DG). Controllable DGs are exchanging information with neighbor DGs through agents at communication layer. The agents communicate to restore the voltage and frequency to their nominal references. Furthermore, the proposed scheme is robust against the insufficient data from uncontrollable DGs, since it provides an improved and stable operation even when there is no communication with uncontrollable DGs and loads. It can actively compensate for the random unknown demand and generation, by sharing the power mismatch in distributed droop architecture. It is shown that the suggested controller is capable of stabilizing an uncooperative microgrid in which not all DGs are cooperating. Also, the convergence speed of the system is improved using the finite-time controller. The performance and finite-time stability of a microgrid with partially-cooperative DGs is proved using Lyapunov theorem and is validated through numerical simulation. The results show improved transients, accurate steady state values for voltage and frequency control of a microgrid, and robustness against communication architecture variations. The impact of communication delays, the uncertainty in coupling gains of the communication links, and the time-interval between updating the controller and the states through communication are investigated.     

分布式微电网自同步电压源并列运行策略

分布式能源的高渗透率使集中式微电网的弊端逐渐显现,因此分布式微电网受到广泛关注。针对目前分布式微电网中鲜有关注的微源与交流母线连接线路末端的功率耦合及下垂系数不可控问题,基于控制量本地性原则,提出考虑下垂系数精确控制的改进VSG控制策略,实现线路末端功率解耦及期望的下垂特性。然后,结合虚拟转子特性匹配方法,在无需附加改进无功控制的前提下,从静态与动态两个角度实现各并联逆变器功率的合理分配。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证该方法的有效性与可行性。所提控制策略与匹配原则使逆变器具备自同步特性,形成自同步电压源,赋予分布式微电网较高的自稳性、自主性以及鲁棒性,保证微电网的稳定运行。     

基于多智能体一致性的微电网无功功率分配方法研究

在孤岛运行的微电网中,由于各分布式电源到公共母线的距离和网络结构差异,导致采用传统下垂控制的分布式电源难以按其额定容量分担负荷。为此,提出一种基于多智能体一致性的分布式无功功率控制策略,各分布式电源通过通信网络,接收邻近微电源无功功率。应用动态一致性算法对无功功率差值进行迭代求和,再利用比例-积分器对下垂特性曲线的参考额定电压幅值进行自适应补偿。该策略在实现无功功率合理分配的同时,降低了系统对通信线路的要求,提高了系统的可靠性。     

基于多智能体一致性协议的微电网分层分布实时优化策略

经济运行、频率和电压控制及系统稳定性是微电网实时控制的主要内容。基于多智能体系统一致性协议,提出了一种分层分布的实时优化策略。首先,在仅考虑分布式电源出力约束的条件下,应用一阶一致性实现对分布式电源有功出力的控制,优化运行成本;其次,针对下垂控制特性,提出了一种新的二阶一致性协议,用于实现分布式电源功率的精确控制;最后,应用一致性协议实时协调分布式电源的下垂参数,实现了系统频率和电压的优化。通过Lyapunov直接法对所提策略进行稳定性分析,证明系统是渐进稳定的。仿真分析及结果验证了所提策略的有效性。     

基于改进功率环的微电网对等控制策略研究

基于传统下垂控制方法存在的不足,同时考虑减小微电网依赖于通信系统,使负荷和分布式电源能够即插即用,提出一种基于改进功率环的微电网对等控制策略。传统的下垂控制方法会造成系统频率和交流母线电压的偏差,针对该问题,引入电压补偿环节和频率补偿环节,构建改进的功率环反馈控制器。利用该控制策略对由2台同容量分布式电源构成的微电网进行仿真分析,并和采用传统下垂控制方法所得结果进行比较,此外,在并网/孤网切换模式和负荷投切模式下,分析该控制策略下的微电网运行特性,仿真结果表明了基于改进功率环的微电网对等控制策略能够有效降低系统频率和交流母线电压的偏差。