交直流混合微电网动态架构重组研究

现有微电网的架构在运行期间极少变动,而微源输出功率具有随机性和间歇性,并且微电网负荷的波动较大,这导致系统难以获得全局最优运行状态。首先提出了交直流混合微电网动态架构重组的思想,以减少交流母线和直流母线之间的能量流动,实现交直流混合微电网的优化运行。构思了一种交直流混合微电网架构,分别建立了并网模式和孤岛模式下的数学模型,并以山东某光伏电站的光伏输出功率历史数据及相应的用户负荷数据为例,建立了基于支持向量机的超短期负荷预测模型和光伏输出功率预测模型,并在此基础上通过NSGA-Ⅱ算法动态优化混合微电网的架构。算例结果表明了所提架构重组思想的有效性。     

交直流混合微电网分段协调控制策略

为解决交直流混合微电网因微源出力变化、负荷变化和储能装置因荷电状态导致充放电功率发生变化等引起的功率波动问题,提出一种混合微电网分段协调控制策略。针对孤岛状态下的混合微电网,分析了混合微电网的典型拓扑和各运行模式下的功率关系。采用标幺化的方法得到了可表征混合微电网整体运行状态的特征量,根据该特征量的变化量对控制策略进行分段,对各段控制的工作原理进行了详细的分析,具体研究了在不同控制段中各变流器的相互协调;针对可能出现的网间交换功率振荡以及互联变流器(ILC)运行模式频繁切换的问题,对动作判据进行了补偿。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,仿真结果表明,在不同工况下各变流器均可迅速做出响应,保证系统的稳定运行。     

交直流混合微电网一致性协同控制研究综述

交直流混合微电网兼具交流微电网和直流微电网的优势,是未来智能电网领域的研究热点。基于多智能体一致性理论的协同控制能有效改善系统频率响应,提升子网抗冲击能力。首先分析并归纳了交直流混合微电网典型的四种结构及适用场景;然后对多智能体一致性理论的基本原理进行介绍,对一致性理论在微电网中的应用进行综述;最后探讨了交直流混合微电网的发展前景和一致性理论目前在微电网应用中存在的问题。     

孤岛交直流混合微电网功率互助策略

交直流混合微电网可以通过交、直流子微网之间的互助互济来有效协调混合微网系统功率的分配,并提高系统平抑功率波动的能力。为实现交、直流子微网之间合理互助互济,提出了一种孤岛交直流混合微电网功率互助策略。首先,为了避免互联变流器频繁动作带来功率损耗,提出了分层控制策略,该策略将系统运行模式分为功率自治模式与功率互助模式,并对运行模式的切换条件进行了合理设计;其次,提出了基于子微网自身条件以及蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)的功率互助目标,并设计了基于交流频率和直流电压反馈的功率协同控制算法以实现功率互助目标。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果表明,利用所提互助策略,交、直流子微网能够根据自身条件承担系统功率波动并维持蓄电池处于合理的荷电状态。     

交直流混合微电网微元建模与控制

随着直流负荷的增多,传统的交流微电网已经不能满足系统负载多样性及经济性等方面的需求,交直流混合微电网逐步成为研究热点和难点。仿真研究中,分布式发电(Distributed Generation,DG)的随机性、时变性和非线性化特性,使得混合微电网中DG的建模和算法实现比较困难,DG与储能之间的协调控制亦是一个难题。为此,基于实际工程需求搭建了一种包含直流大电网的交直流混合微电网的系统结构,提出了相应元件的物理模型与控制策略,并在仿真平台下着重模拟了各微元在不同工况下的协同运行。仿真结果表明,所提出的交直流混合微电网结构合理,各元件的控制策略和性能良好,且整个系统具有较快的响应速度,很好地满足了系统安全稳定性要求。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

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。     

交直流混合微电网协同控制策略

为了保障交直流混合微电网供电可靠性与运行稳定性,基于改进直流母线分层思想,提出了一种综合协同控制的能量管理策略。根据直流侧直流母线电压变化,分别设计了并网和孤岛工况下微电网内微源的协同控制策略,其为无需通信线的分散控制,协调对光伏电池、储能电池、交直流接口变流器、直流负荷、交流负荷与大电网之间的控制。所提策略保障了分布式微源发电的充分利用与计划重要负荷的持续稳定供电,优化了储能电池能量利用。分析了微电网内控制器设计与微源能量分配方法。设计搭建了交直流混合微电网实验平台,实验验证了该协同控制的能量管理策略的可行性与正确性。     

交直流混合微电网互联变流器微分平坦控制

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、电源缺失等情况下的动态和鲁棒性能,提出了一种基于微分平坦（flatness-based control,FBC）理论的互联变流器（interlinking converter,ILC）控制策略。首先分析了孤岛模式下子网内分布式电源采用下垂控制策略解决各自网内的功率分配问题;其次建立dq坐标轴下ILC数学模型,并证明了ILC系统满足微分平坦性;接着,根据微分平坦理论设计了ILC的功率控制器,其结构包括前馈控制和误差补偿两部分,系统采用串级控制结构,由功率外环产生平坦输出的参考轨迹,电流内环产生ILC期望输出的dq轴电压分量;最后,在Matlab/Simulink中建立FBC和PI控制的ILC仿真系统,在3种工况下仿真结果验证了FBC控制系统具有更好的动态性与鲁棒性。     

交直流混合微电网平台开发及其控制策略研究

为有效提升能源利用效率和电网运行可靠性,设计开发一种用于交直流混合微电网研究的平台,该平台结构可根据研究需要自由改变,同时具备良好的开放性,可兼容多个厂家设备。平台具备微电网控制策略研究、微电网关键设备和系统检测、微电网与配电网相互影响研究等功能,可用于微电网技术和主动配电网技术仿真验证、新能源发电关键设备检测等。     

交直流混合微电网TNPC变换器的死区电压矢量偏差及修正

对T型中点箝位型双向变换器在矢量空间中的死区电压矢量偏差进行分析,总结其发生规律,并根据参考电压矢量的位置和幅值得到提前修正的指令电压矢量。从线性调制空间到过调制空间得到相应的伏秒特性方程的调整办法。同时,考虑到系统在动态扰动下可能引发的欠补偿或过补偿,引入一个补偿深度的调节因子,实现脉宽调制(PWM)指令电压矢量的自适应修正。该方法可推广到有更多电平的变换器中,避免了采用传统PWM脉冲宽度整形法时出现的脉冲损失或饱和问题。     

交直流混合微网关键技术研究

结合交流、直流微网各自优点以及中国分布式电源、储能装置能量输出特点和中国负荷的供电需求,笔者介绍了交直流混合微网的优点及我国的微网技术的发展,分析了国内外交直流混合微网的研究现状及发展趋势。根据某科技产业园的负荷和电能质量需求,提出了适合中国优质电力产业园区供电需求的交直流混合微电网的技术方案;在现有微网技术研究基础上,讨论了中国交直流混合微网的关键技术和研究方向。     

基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制

为了减少功率损耗和确保独立交直流混合微电网稳定运行,设计一种新的基于混合储能动态调节的分布式协调控制策略。通过检测直流电压和交流电压频率,该策略对连接交直流微电网的双向AC/DC变流器输出功率进行动态调节。混合储能中采用下垂控制自动调节蓄电池的输出功率,同时超级电容器迅速提供负荷功率的高频分量,以减小负载突变对蓄电池和母线电压造成的冲击。此外,在逆变器的下垂控制器中引入电压前馈补偿量来减小交流负荷的电压波动。最后,利用Matlab/Simulink搭建了混合微电网仿真模型。仿真结果表明,在不同工况下,该分布式控制策略均能控制混合微电网稳定运行及电压稳定。     

微电网群频率调整的分层协调控制策略

针对分属于不同经营主体的微电网组成的微电网群,各微电网的经营目标、调频资源或调频能力等存在差异。为了使微电网群的频率调整达到调频任务的有序分担、调频费用的有序分摊以及调频经济性的有序达成等要求,分析了孤岛微电网群调频备用容量配备应遵循的规则,提出了微电网群频率调整的双层协调控制策略。第一层,各微电网中央控制器MGCC在微电网内部实施基于联络线功率偏差TBC的经济性调频控制,承担微电网自身有功变化所引发的调频任务,恢复系统频率和消除联络线交换功率偏差。当受扰微电网调频能力不足时,向上层微电网群中央控制器MGGCC申请微电网群互济频率调整辅助服务。第二层,MGGCC在微电网群层面实施基于恒频FFC的经济性调频控制,恢复系统频率。该策略可实现分属于不同经营主体的微电网群的频率调整控制的有序性和经济性。在频率分层调整过程中,各微电网承担自身扰动所引发的频率调整所产生的费用,包括自我调整和互济调整费用。算例结果验证了所提控制策略的有效性。该策略思想可为微电网群的设计、组网、运行与控制等工作提供参考借鉴。     

微电网孤岛状态下新型混合储能控制策略研究

分析了微电网孤岛运行状态与并网运行状态储能系统控制策略的差异,针对孤岛运行状态,提出一种新型蓄电池-超级电容混合储能系统控制策略,针对传统控制策略在超级电容容量达到阈值而无法正常工作时,不能保证母线电压稳定,以及逻辑判断与数字滤波环节过多,响应速度慢、较难实现等问题,采用双电压闭环控制策略,配合利用双向DC/DC变换器自带的LC滤波器,省去数字滤波环节,在超级电容剩余电量达到限定值时,无需改变控制模式,仍能维持母线电压的稳定,提高了微电网可靠性。分别通过频域分析、仿真分析和实验研究,验证了所提控制策略的正确性与可行性。     

面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法

虚假数据注入攻击是威胁电力系统安全稳定运行的重要因素之一,研究攻击者针对电力系统的网络攻击方法,能为改进系统防御措施提供决策依据。文中基于高压直流换流站运行特性与交直流耦合特性,提出了面向交直流混联系统的虚假数据注入攻击方法。首先,分析了交直流混联系统状态估计的基本原理;然后,提出了针对交直流混联系统的攻击策略,构建了攻击模型;最后,以改进的IEEE 30节点系统为例进行仿真验证。算例结果表明针对交直流混联系统的虚假数据注入攻击能够绕过不良数据检测算法,破坏系统的安全稳定运行,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算

为了准确分析含有分布式可再生能源及具有发-用-储一体化新型柔性负荷的复杂大系统的潮流分布,针对具有离散性、动态性、非线性、多目标性和不确定性等特点的现代城市配电网,给出一种基于网络矩阵的交直流混合配电网潮流计算方法。首先,根据PWM调制原理给出电压源转换器(VSC)的稳态潮流模型。然后,通过二进制描述的网络矩阵,建立交直流混合配电网拓扑结构的潮流计算模型。进而,针对不同控制策略修改雅可比矩阵,并基于牛顿拉夫逊法求解潮流模型。最后给出了两个算例,针对该方法与PSCAD仿真的结果进行比较分析,验证了所提的潮流计算模型的正确性、灵活性和收敛性。     

基于模型预测控制的直流微网混合储能能量管理策略

为有效增强直流微网安全性、稳定性及其经济运行能力,基于模型预测控制理论,提出了一种直流微网混合储能系统(HESS)优化控制策略。根据超级电容与蓄电池的特性、系统安全工作需求及各种约束条件,建立含混合储能直流微网的预测模型。通过定义其优化指标,设计能量优化管理策略,并将其转化为二次规划问题进行求解,实现了直流微网中功率的合理调度。此外,提出了系统脱离约束情况下的功率控制方法。仿真实验验证了所提优化管理策略的可行性和有效性。     

南方电网交直流并联系统电压稳定分析及STATCOM应用仿真

采用大型电力系统分析软件NETOMAC对2005年南方电网进行仿真计算，并针对广东电网多直流落点、大功率区外输入的特点进行受端系统的电压稳定分析，讨论三广直流闭锁引起的典型电压失稳现象；就南方电网应用STATCOM解决电压稳定问题进行仿真研究，并讨论直流调制对系统电压稳定性的影响。     

一种交直流混合微网能量路由器及其运行模态分析

为更好协调和控制交直流混合微网间能量传输,提出一种交直流混合微网能量路由器。建立所提出能量路由器数学模型,分析该能量路由器不同工作模态时级联整流级相量关系,并推导各混合运行模态限制性条件。针对该交直流混合微网能量路由器,提出相应控制策略,可实现H桥级联整流电路各级独立在AC-DC、DC-DC、DC-AC运行模式间无缝切换以达到交直流混合微网间能量的统一协调与管理。同时,减少了各微网间电力电子变换器的使用,提高各交直流微网间能量传输效率。仿真与实验结果验证了该交直流混合微网能量路由器电路拓扑的实用性及各运行模态时控制策略的正确性与有效性。