基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略

由于直流微电网中的分布式发电具有随机性和波动性等特点,储能单元的配合可较好地解决这一问题。但是,现有基于直流母线电压信号的分层控制未充分考虑多储能单元的协调以及孤岛系统容量不足的情况。因此,该文提出一种基于电压分层控制的直流微电网及其储能扩容单元功率协调控制策略。为实现电压分层下多储能单元的分散协调控制,该文首先揭示已有微电网系统不同运行模式所对应的负载功率边界。然后,提出基于多储能单元荷电状态（SOC）的改进模糊控制和下垂控制,以实现多储能单元充放电功率自适应分配。针对孤岛系统容量不足的情况,在储能扩容单元容量计算的基础上,提出一种基于过/欠电压控制器的储能扩容单元功率协调控制策略,并分析其对已有系统功率边界的影响,以保证直流微电网安全可靠运行。最后,通过仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于自适应下垂控制的微电网控制策略研究

感应电动机负荷的起动和功率变化对微电网孤岛运行时的电能质量及功率平衡影响较大,因此提出了一种自适应暂态下垂控制方法。该方法在传统下垂控制中引入暂态分量、功率与下垂系数的一次函数项,以改善下垂控制的动态性能和均流效果。针对含有感应电动机负荷的微电网,采用基于分层控制结构的自适应暂态下垂控制和PQ控制相结合的协调控制策略。利用PSCAD/EMTDC进行仿真实验,仿真结果验证了所提自适应下垂控制方法的正确性和微电网协调控制策略的有效性。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。     

基于储能荷电状态分级的直流微电网协调控制方法

为延长多储能单元运行寿命,提升微电网调度灵活性,提出了一种基于荷电状态（SOC）分级的直流微电网协调控制方法。在传统功率分层的基础上,根据储能单元的实时SOC值进行优先级划分,通过比较微电网扰动功率与特定优先级最大平抑功率的关系使相应优先级的储能单元分级投入运行。在此基础上,设计带电压前馈补偿环节的改进e指数下垂控制,在保证直流母线电压质量的同时使储能单元的SOC逐渐收敛。最后,基于MATLAB/Simulink平台搭建了模型。仿真结果表明,该控制方法能有效避免储能单元过度充放电,减少储能单元的充放电时长与次数,提升微电网的调度灵活性与运行经济性。     

基于DBS的直流微电网控制策略仿真

针对现有直流微电网中多个微源协调控制策略的不足,采用直流母线信号DBS(DC bus signaling)控制策略对直流微电网中各微源进行协调控制。该策略将母线电压等级控制策略与下垂控制相结合,首先根据各微源属性对其优先级进行划分,依照电压等级控制策略确定各微源的工作阈值;其次根据下垂控制设计不同的下垂系数,对同一电压等级下的各微源输出功率进行分配,确保直流微电网的稳定运行;最后分析了孤岛和并网模式下各微源的工作方式,并在Matlab/Simulink中构建直流微电网仿真模型进行验证。仿真结果表明,采用DBS控制策略是可行有效的。     

低压微型直流微电网的协调控制策略

直流微电网具有结构简单、运行可靠和能耗较小等优点,将成为偏远山村和未来家庭的主要供电结构。以由太阳电池阵列、蓄电池组和可控负载等组成的低压微型光伏直流微电网系统为研究对象,针对系统并网和孤岛运行模式,采用了主从并联和母线电压下垂相结合的控制模式,实现了直流微电网的能量协调控制。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台和光伏直流微电网实验装置,对系统进行了仿真研究,仿真验证了系统能量协调控制策略的合理性和正确性。     

直流微电网下垂控制技术研究综述

为了解决分布式能源发电问题,微电网成为可选方案之一被提出。相较于交流微电网,直流微电网更加适合目前的很多分布式电力设备。为了保证直流微电网的稳定运行,就需要制定一套行之有效的能量管理策略。其中如何解决能量管理底层控制中的电流分配问题,成为实现直流微电网系统中各组成单元可靠运行的关键。下垂控制作为典型的实现电流分配的方法,被广泛地研究和讨论。传统的下垂控制存在固有的局限性,因此需要二次控制通过补偿的方法进行改进。该文对不同的改进下垂控制进行了系统的分类和技术分析。最后,对比和总结了各种改进下垂控制的技术特点为该领域的进一步研究和发展趋势提供参考。     

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。     

一种带辅助微源的新型主从协调控制策略

微电网的协调控制方法是微电网最为关键的技术之一,主从控制方法是微电网协调控制中的常用方法。针对传统的主从控制存在的问题,提出了一种带辅助微源的新型主从控制策略。在传统主从控制基础上,增设一个采用下垂控制的辅助控制单元,此辅助单元可与主控单元一起共同支撑微电网的电压与频率稳定,且当主控单元出现故障时可替补充当新的主控单元,克服了传统主从控制采用单一主控单元发生故障时微电网崩溃的危险,从而增强了主从控制方式的稳定性。MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

多储能直流微电网的分布式控制

下垂控制在直流微网中的应用越来越广泛。但是下垂特性以及直流母线电阻的存在,使得节点电压偏离额定值且影响系统的负荷分配。为充分发挥直流微电网中储能系统的作用,本文提出了多储能系统直流微电网的分布式控制策略。该控制策略在传统V-I下垂控制策略的基础上加入了平均电压控制环节和功率协调控制环节。两环节通过一致性算法仅仅需要交换相邻两节点的信息,构建一个稀疏的信息交流网络,就能补偿下垂控制造成的电压偏移,且负荷能够按照不同储能系统的荷电状态来分配。针对上述所提的控制策略,本文首先对含两储能系统的直流微电网进行了小干扰稳定性分析。然后在MATLAB/SIMULINK中搭建了含三储能系统的直流微电网模型,通过时域仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于有限时间一致性的直流微电网分布式协调控制

直流微电网的主要控制目标是维持母线电压稳定及实现负荷的按比例分配。为克服直流微电网采用集中式控制的缺陷,提出了一种分布式的协调控制策略。该控制策略利用分层结构,在原始下垂控制的基础上引入电压二次控制及发电成本运行控制,各发电单元仅与相邻通信单元进行信息交互,通过有限时间一致性算法,最终实现电压稳定及发电成本最小等多控制目标。所提控制策略兼具分层控制与有限一致性控制的优点,灵活性高、鲁棒性强、收敛性能好。为了验证所提出的控制策略,搭建了相应的直流微电网模型,并对电源投退、负荷波动等不同场景进行了仿真,算例结果验证了该策略的有效性。     

孤岛微电网电压不平衡网络化分层补偿方法

针对多逆变器并联的低压孤岛微电网公共耦合点(PCC)接入不对称负荷引起的三相电压不平衡问题,提出网络化分层协同优化控制方法。基于通信技术和分层控制理论,建立网络化分层控制体系结构,包含本地控制层和分布式二次控制层。本地控制层采用下垂控制和虚拟阻抗,实现有功功率和无功功率分配。在二次控制中,采用动态一致性算法获取全局平均值,调节电压和无功功率的偏差,以实现电压无静差控制和功率的精确分配;结合优化控制策略实现PCC和分布式发电(DG)电压不平衡协同优化补偿控制。该方法不仅能很好地对PCC的电压进行补偿,还兼顾了各DG的电压质量。搭建半实物仿真实验平台,验证了所提方法的有效性和可行性。     

含直流电压二次调节的VSC-MTDC互联系统频率稳定控制

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)可用于在多个异步互联的交流电网之间提供灵活受控的功率支援。实现上述功能的众多方法中,在下垂控制的基础上附加频率调节是一种典型的方法,由于其不依赖于站间通信,在灵活性和可靠性上均有突出的优势。然而,这种方法存在直流电压偏离额定值、严重时可能影响多端直流(MTDC)系统正常运行的不足。提出一种含直流电压二次调节的频率稳定控制策略,可以在保证频率调节效果的基础上,缓慢调整直流电压直至恢复额定值,提高了MTDC系统运行的稳定性。通过一个三端柔性直流系统的仿真验证了所提方法的有效性。     

高压柔性直流电网分层协同自适应下垂控制

为实现直流电网的潮流优化及扰动后不平衡功率的合理分配,提出一种直流电网分层协同自适应下垂控制策略。其中,系统控制层基于各站直流电压、有功功率等信息,以直流电网运行中网损和直流电压偏差最小为优化目标,实时分析并优化各站的直流电压、有功功率指令,以实现稳态时直流电网潮流最优;换流站控制层以本地信号为依据,综合考虑各换流站功率裕度以及电压偏差影响,通过实时自适应调整下垂系数,合理分配扰动后直流电网内部的不平衡功率,同时减小直流电压的偏差。系统控制层的指令值优化与换流站控制层的下垂系数优化协同作用,实现直流电网功率的协调控制。以七端直流电网为例的仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法

含柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。文中提出了一种新型的交直流混合配电网的协调控制方法。首先,根据互联装置交流侧运行状态将系统分为了9种不同的运行模式,并依照不同运行模式的控制需求提出了互联装置、储能单元以及光伏发电单元的控制策略。针对下垂控制的直流电压偏差问题,采用直流电压二层控制进行补偿。同时为了避免深度放电,提出了基于荷电状态带有缓冲区的减载算法,能够有效减小直流电压波动,而对于深度充电问题,提出了采用光伏发电单元同时切换至分层直流下垂控制实现直流电压恒定,实现按照容量比例进行均分。最后,通过仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出方法的有效性和可行性。     

柔性直流输电网的电压控制原理研究

本文研究柔性直流输电网的电压控制原理。描述了柔性直流电网电压控制的3种基本策略及其特点,提出了一种一次调压与二次调压相协调的直流电网电压控制策略,其中一次调压采用带死区的直流电压下斜控制律,二次调压采用基于电压基准节点电压恒定的控制准则。论文给出了带死区的直流电压下斜控制的实现方法和逻辑框图;描述了电压基准节点的选择原则,并给出了基于电压基准节点电压恒定控制的二次调压实现方法。构建了一个四端直流输电网测试系统,基于该测试系统,介绍了带死区的直流电压下斜控制的参数设计方法,测试了直流电网负荷改变以及电压基准换流站退出运行2种工况下整个系统的响应特性。测试结果表明,所提出的一次调压与二次调压相协调的直流电网电压控制策略具有良好的控制性能,适用于普遍意义的直流电网。     

一种基于离散时间交互的改进直流微电网控制策略

直流微电网的控制目标是保证直流微电网的电流分配精度和减小直流母线电压偏差,以维持系统的功率平衡。传统的下垂控制不能同时满足这2个控制目标。利用分布式二次控制框架,文中提出了一种改进的基于离散时间交互的直流微电网控制策略,包括了连续电压控制和离散电流控制,在保证电流分配精度的同时减小了直流母线电压偏差。不同于其他已提出的控制方法,文中所提方法只需要在离散时刻采样电流平均值信息,降低了通信负担。在MATLAB/Simulink软件上搭建了系统仿真模型,仿真验证了所提策略的有效性。     

灾害条件下移动应急电源组网和分散控制策略

提出在灾害导致城市配电网大面积停电时,对停电区域进行区域划分,然后在各区域利用移动应急电源组成应急微电网对其中的重要负荷供电。针对该应急微电网,所提出的分散控制策略采用分层控制思想,一次控制采用传统的线性下垂控制;二次控制通过基于本地信息的反馈控制,无需中央控制器和通信网络即可实现系统频率、电压的二次调节,使其维持在允许的范围内。二次控制中低通滤波器的设计,实现一次、二次控制的动态解耦,减弱二者的内部联系。此外,该控制策略能够协调移动应急电源按其容量等比例分配有功负荷。     

基于NI-PXI的微电网分级控制数模混合仿真方法

针对多电压源型微源组网的独立型微电网,首先提出了基于微源下垂控制的系统分级控制策略:利用微源一级下垂控制,实现组网微源间功率自动分配;利用MGEMS二级控制修正下垂曲线空载频率和电压,提高系统供电质量;利用MGEMS三级控制确定下垂曲线基点功率及斜率,实现系统经济运行。其次设计了基于NIPXI的微源分层控制数模混合仿真平台,实现了基于NI VeriStand的实时建模仿真技术。最后提出了基于NIPXI的微电网分级控制数模混合仿真平台整体方案,并在国家能源大型风电并网系统研发(实验)中心完成系统搭建,开展微电网的分级控制数模混合仿真实验,结果验证了控制策略的有效性。