微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

变流器辅助换流的柔性切换开关拓扑与控制

分布式新能源渗透率的快速提高,在提升配电网灵活性的同时也加大了其运行调控难度。为此,文中提出一种新型配电网柔性切换开关设备,开关由集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)与并联电压型变流器组成,其中针对并联电压型变流器采取虚拟同步发电机控制,可实现负载在不同馈线间的平稳切换。文中首先将所提柔性切换开关与柔性多状态开关及机械开关的主要特征进行比较;然后,分析柔性切换开关在故障前、故障中和故障后的工作模式,并研究在3种工作模式间进行柔性切换时的切换逻辑;最后,通过基于RT-Lab的控制在环实验模拟开关在不同馈线间切换的过程,获得不同工作模式下和柔性切换过程中的电压电流波形。实验结果表明柔性切换开关具有短时电压支撑能力,在不同馈线间切换的过程中不产生电压电流冲击。     

基于SOP的多电压等级混联配电网运行二阶锥规划方法

当前配电系统多电压等级共存,智能软开关(soft open point,SOP)的接入能够有效解决多电压混联场景下功率调节问题,全面提升配电网运行的灵活性。提出了一种基于SOP的多电压等级混联配电网运行优化方法,首先阐述了适用于多电压等级混联配电网的SOP基本原理;建立了基于SOP的多电压等级混联配电网运行优化模型,并将其转化为可有效求解的二阶锥规划模型;最后,在改进的实际配电网算例上分析验证文中方法的有效性。结果表明,通过调节SOP的运行策略,可以灵活调节不同电压等级馈线间功率,全面提升配电系统运行状态,改善配电网电压水平、平衡各馈线负载,提高配电网运行经济性。     

基于LADRC的柔性多状态开关平滑切换策略

为实现多端口柔性多状态开关(flexible multi-state switches,FMSS)在所连馈线发生故障时的平滑切换,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的平滑切换策略,使用LADRC代替比例积分(proportional integral,PI)控制器的直流电压外环并设计解耦状态观测器以便控制器参数调节,引入内环电流指令值反馈以减小其在控制模式切换时的变化幅度,实现FMSS控制模式的平滑切换。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了馈线故障出现在PQ或UdcQ控制端口的连接处时,采用基于LADRC的平滑切换策略均可显著减小FMSS的直流电压偏移率,使端口有功功率过渡平滑,迅速恢复稳定,更好地实现了多端口FMSS控制模式的平滑切换。     

柔性多状态开关反馈线性化滑模控制

柔性多状态开关(SOP)能够实现配电网馈线潮流灵活的调控,改善电压分布水平,提升配电网消纳分布式电源的能力,已成为配电网领域的一个研究热点。文中以三端口SOP为研究对象,建立了三端口SOP的数学模型。针对SOP数学模型体现出的非线性及强耦合的特点,通过坐标变换得到反馈线性化模型,对该模型设计了滑模控制器。文中将反馈线性化控制和滑模控制相结合,并用该复合控制取代传统比例-积分(PI)双环控制的电流内环,与传统PI双环控制相比,可以减少PI控制环节,降低PI参数整定的难度。根据SOP不同运行模式的要求,分别实现了各端口定直流电压和定无功功率模式、定有功功率和无功功率模式、定交流电压模式下的反馈线性化滑模控制算法。在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP仿真模型,仿真结果表明,与传统PI控制相比,所提出的控制策略动态性能好、鲁棒性强。最后,通过几种典型工况的仿真,进一步验证了所提控制策略的有效性。     

柔性配电网接入分布式电源的架构分析与仿真研究

能够接纳分布式电源的柔性配电网是将来智能配电网的主要特点。首先,建立了含柔性开关(SOP)的配电系统基本架构,依据各分布式电源的特点,把光伏、风机和储能装置接进配电网的交流或直流区域;然后,分析了SOP的数学模型及其主要运行控制策略;最后,通过变流器的控制模式和运行策略的灵活切换,基于柔性配电网做了如下仿真实验:馈线的出力优化均衡、不间断转供电及能量调度。仿真验证了含SOP的交直流柔性配电网系统架构具有能够接纳分布式电源和控制灵活等方面的优越性。     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

面向新能源接入的电能路由器模式切换协调控制策略

电能路由器(electrical energy router, EER)可实现新能源、储能及多种电能负载的灵活接入,协调控制和运行模式切换是其运行控制的重点。为实现EER运行模式的平稳过渡,降低EER运行模式切换时母线稳压单元控制模式改变导致的切换冲击,首先分析并网和孤岛两种运行模式切换时的电压扰动机理,研究系统内功率突变以及母线稳压单元控制器的调节过程对系统的影响。然后设计EER模式切换时序,提出一种基于移相比保持器、电流保持器的控制器输出量提前补偿的模式切换协调控制策略,能够实现端口功率的实时平衡,降低模式切换暂态过程中的电压扰动,提升系统的暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建EER仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于零序电压调控的故障选线选相新方法

为解决配网高阻接地故障选线与选相准确率较低的问题,提出了一种基于零序电压调控的接地故障选线与选相新方法。通过分析零序电压调控前后各馈线零序电流的相角特征,根据健全线路与故障线路零序电流前后相角差值的绝对值存在明显区别选取故障线路。在完成故障馈线辨识的基础上,利用零序电压调控前后故障线路的零序电流完成故障选相函数的相角值计算,故障选相函数值较小者所对应的相别即为故障相。仿真分析表明,所提方法不仅将选线与选相方法有效结合,而且调节系数灵活多变,适用于不同运行方式下的低、高阻接地故障。     

配电网柔性互联系统多模式运行及其调控策略

针对基于柔性多状态开关的配电网柔性互联系统存在的多模式运行与切换、馈线负荷不均衡和主变重载问题,提出了基于虚拟同步机技术的负荷均衡调控策略和主变重载自动调控策略。首先,根据馈线与主变的负载状态,将系统进行运行模式划分;然后,针对系统的不同运行模式深入分析对应模式下的功率传输平衡关系和内在切换逻辑,应用调控策略得到多模式运行下的柔性多状态开关有功功率调控指令,实现了系统多模式稳定运行和自由切换、馈线负荷均衡以及主变重载自动调控,且无需进行控制策略切换。     

基于三端口柔性多状态开关不同运行模式间的切换技术

柔性多状态开关(FMSS)作为一种可控电力电子装置,可提供精确的有功和无功功率流量控制,在馈线发生故障后,柔性多状态开关能迅速检测和隔离故障,并迅速恢复失电负载供电。文中建立了三端口FMSS的正常并网侧和故障离网侧的数学模型,分析了三端口FMSS在正常并网和故障离网两种运行模式下的工作原理和控制策略。采用控制器状态跟踪控制方法实现三端口FMSS的控制模式平滑切换,并与硬切换方式相比较,说明了该方法能平滑调节和稳定输出的优点。为了验证切换方法选择的实用性和有效性,在MATLAB/Simulink环境下搭建三端口FMSS仿真模型,获得三端口FMSS的不同运行模式下和切换过程中的动态响应特性。     

向微网供电的直流系统控制模式无缝切换策略

在微电网中，不同控制模式之间的切换是不可避免的，如何在不同控制模式之间切换时减小频率电压等指标的波动，对保证用户的供电质量至关重要。首先对不同控制策略之间的误差进行了量化分析，并给出了一种优化的控制策略无缝切换方法，包括dq轴/参考相角校准环节和大扰动瞬时功率补偿环节，对不同控制环的输出调制波进行修正/补偿。然后以某混合直流系统为例，利用上述补偿策略设计了可实现控制模式无缝切换的微网直流供电策略，包括混合直流系统无缝接入微网策略和大扰动时控制模式无缝切换策略。相比传统的无缝切换，该策略考虑了直流输电系统的送受端协调问题和不同控制模式之间的参考相角误差，并可提供一定的瞬时功率支撑，从而可减小因微网结构变化产生的波动。仿真结果表明该策略能够实现混合直流系统在不同控制模式之间的无缝切换，并且在微网发生大扰动时能够有效支撑系统的频率和电压。     

含柔性软开关的有源配电网故障恢复策略

随着智能配电网的发展,新型的电力电子装置柔性软开关(SOP)替代配电网中传统的联络开关(TC),可增加配电网运行控制的灵活性。分析了含SOP的有源配电网正常运行和故障情况下的SOP控制模式。对于配电网中部分失电区域由于严重故障致使无法通过联络开关连接到端电源的情况,文中将该失电区域称为失联侧子网,将其余可以通过联络开关与上级网络相连的区域称为联网侧子网,并据此提出了由SOP和分布式电源协同供电的故障恢复策略。该策略考虑了联网侧子网的转供能力,可为失联侧子网恢复运行提供相应的约束。通过设定SOP为Vf控制模式,以总失电负荷加权值最小、脱离主网分布式电源最少,以及网络损耗最小为目标函数,建立了含SOP的配电网故障恢复模型,优化变量为联络开关状态及SOP的出口电压,采用混沌蚁群联合优化算法进行求解。采用含SOP的单回IEEE 33节点系统、手拉手双回IEEE 33节点系统作为测试算例,从恢复策略和负荷波动适应性两个层面验证了所提故障恢复策略的有效性,仿真结果表明该恢复策略不仅能实现配电网失联侧最大恢复供电,还能保证配电网联网侧的正常运行。     

分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法

提出了分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法,实现了在功率均衡与母线电压平稳的前提下无缝切换多端口能量路由器各工作模式,保障配电网运行的安全稳定。该方法选取包含并网接口、蓄电池接口、负载接口以及光伏接口的四端口能量路由器拓扑结构作为协同控制对象,结合分布式与集中式控制设计分层协同控制方法,实现对蓄电池充、放电的均流稳压控制,以及工作模式切换时的直流母线电压平稳与功率均衡控制,达到无缝切换各工作模式、实现各工作模式协同运行的目的。结果表明,在该方法的控制下,多端口能量路由器中储能蓄电池可实现恒流充电中两相电路充电电流的均衡,保持恒压充、放电过程中蓄电池电流、电压、恒压放电过程中母线电压的稳定,能量路由器可实现多工作模式切换过程中功率的均衡及直流母线电压的稳定,为分布式配电网平稳安全运行提供保障。     

并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法

针对谐振接地系统对地参数测量不准确以及高阻接地故障选线困难的问题,提出了并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法。基于消弧线圈并联阻尼电阻的投切特性,利用投切阻尼电阻前后零序电压幅值与相位的变化关系,测量系统对地电导与电容参数。在系统正常运行时,通过调整并联阻尼电阻值大小,测量各馈线零序导纳值。在发生接地故障后退出阻尼电阻,测量故障后各馈线零序导纳值,可消除系统参数不对称、互感器采样不同步的影响,主动构造故障前后各馈线的零序导纳相角差,实现故障线路的准确判别。在PSCAD仿真环境下对所提方法进行验证,结果表明：所提方法能够精确测量对地电导与电容参数,测量相对误差不高于0.6%;在不同馈线、不同过渡电阻下发生接地故障时,能准确判别故障线路,耐过渡电阻能力达10 kΩ。     

四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关BuckBoost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。     

基于下垂策略的微电网双模式运行控制

微电网孤岛和并网模式切换时,为了减小对大电网和微电网造成的冲击,提出同步并网控制方法。在采用P-f和Q-V下垂控制策略的基础上,设计了同步并网控制流程。根据电网和微电网输出的电压进行同步调节,使得两者的电压幅值差、频率差和相角差满足并网要求,以实现微电网在孤岛和并网两者模式之间的平滑切换。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中建立微电网运行控制模型。仿真结果表明,所提出的方法实现了微电网在两种模式之间的平滑切换和在双模式下的稳态运行。     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略

针对交直流混合微电网发生故障时运行模式切换不及时的实际问题,提出了一种基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略。以北京崇礼低碳冬奥智能电网综合示范工程为背景,详细介绍了双端供电的交直流混合微电网系统设计方案和各类变流器的控制方法,在此基础上重点设计了6种典型运行模式,利用三元式阐述了各运行模式的稳态判据,并提出了一种基于弱通信的运行模式自适应切换策略。仿真结果表明,所提运行模式自适应切换策略可自行按照预设的切换逻辑在故障条件下及时切换到合适的运行模式,保证了微电网的供电可靠性。     

多端柔性直流输电系统功率协调仿真研究

运用PSCAD软件建立了三端柔性直流输电系统模型,给出了系统控制策略,探讨了无电压下降控制、两端电压下降控制和三端电压下降控制三种模式下在稳态运行、系统功率变化和交流电网接地故障时功率分配和协调控制问题。通过仿真计算给出了有功和直流电压变化曲线,分析了不同控制模式的效果,结果表明三端均采用电压下降控制时具有变化量小、动态时间短等优点,适合多端系统的运行和控制。