基于虚拟频率的直流微电网下垂控制策略

在直流微电网的传统下垂控制中,电路参数及线路阻抗的不一致造成DC-DC变换器下垂特性均存在差异,降低了变换器的均流精度.下垂控制还会造成一定程度的直流母线电压跌落.为了提高直流微电网的控制性能,模拟交流微电网的频率下垂控制机理,提出一种基于虚拟频率的多DC-DC变换器下垂控制方法.在控制器中构造了频率与输出电流成比例的虚拟交流量,利用低带宽通信共享各变换器的虚拟频率并求出平均值.该平均频率及虚拟交流量进一步用于产生虚拟无功功率以调整变换器的电压设定点,协调各变换器输出电流的大小.在不造成母线电压跌落的前提下,提高了多变换器间的负载电流分配精度.利用小信号模型分析虚拟频率下垂控制的闭环稳定性.最后,通过仿真和基于Starsim和dSPACE快速原型样机的实验,验证了该方法的有效性.     

基于电流跟踪的多直流微源并联运行主从控制策略

直流下垂控制可以改善直流微源并联的电流分配效果,然而其不能同时满足电流分配精度和调压要求。为此,提出一种基于电流跟踪的并联直流微源主从控制策略,其主变换器提供基准电流,各从变换器则根据自身容量比例跟踪主变换器的基准电流,该方法在满足电流分配精度的同时改善了变换器输出电压的偏移和负载电压的跌落;分析了所提控制策略的稳定性,并验证了其动态特性;研究并定量计算了允许最大电压偏移时的临界线路阻抗。最后,设计2台容量比为1:2的直流变换器进行仿真和实验,仿真和实验结果均证明了所提控制策略和临界线路阻抗分析的正确性和有效性。     

直流微电网多源并联自主均流控制策略

实现微源间负荷电流的精确分配及母线电压的无差调节是直流微电网重要的控制目标,但由于线路阻抗及低速通信的存在,传统下垂控制很难同时满足均流及稳定性的要求。提出一种基于低频低幅值交流信号注入的多源并联自主均流控制策略,在各变流器直流输出上注入交流小信号,并使其频率与输出直流电流产生频率–电流下垂特性,利用产生的无功功率环流调节各变流器输出直流电压,进而在反馈机制下,实现多变流器间的并联控制及负荷电流的精确分配;在此基础上,利用限幅及负阻抗环节,提出一种改进的母线电压补偿方法,进一步降低了由于线路阻抗造成的电压跌落,该方法无需互联通信线,无需改变硬件结构,易于实现;最后利用小信号建模,分析了控制策略的稳定性和动态性能。仿真和实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于线路阻抗补偿的直流微源并联均流控制策略

针对直流微电网内微源变流器间的自主均流控制及母线电压的二次跌落问题,提出一种基于线路阻抗补偿的多源均流控制策略,利用改进频率注入法的反馈机制使各变流器总等效下垂系数相等且为最小线路阻抗值,进而获得各变流器线路阻抗的补偿信息;再将主动频率注入法切换至传统下垂控制,利用所得线路阻抗补偿值刷新各变流器下垂系数,从而满足功率精确分配的要求。该方法仅利用变流器本地信息,在保证负荷功率分配精度的同时,有效改善了由频率注入法带来的电能质量问题,同时避免了传统下垂控制造成的母线电压二次跌落问题。利用小信号建模分析了系统的稳定性,同时为验证该策略的控制效果,搭建了相应的直流微电网仿真模型和HIL StarSim实验平台,结果表明所提策略能够有效完成母线电压稳定和负荷功率精确分配的控制目标。     

船舶直流微电网非线性积分均流控制

针对船舶储能系统中DC-DC变换器的参数和线路阻抗不一致引起的均流问题,提出一种基于虚构交流电压信号的非线性积分均流控制方法.借鉴交流微电网中逆变器的下垂控制机理,虚构频率与变换器输出电流呈现下垂特性的交流电压,使得DC-DC变换器也可以通过频率来协调变换器间的负载分配.在非线性积分Sin(∫)作用下促使变换器的虚拟频率均保持一致,从而保证了DC-DC变换器的均流精度.在此基础上,利用虚拟负阻抗进一步减小了线路电阻引起的直流母线电压偏差.利用根轨迹分析了非线性积分均流控制的稳定性,并对系统中出现的右半平面极点进行了校正.基于Simulink的仿真和基于Dspace的半实物实验结果表明,非线性积分均流控制方法提高了电流稳态分配精度、母线电压恢复能力和系统可靠性.     

基于单脉冲注入的直流微电网线路阻抗检测

为解决直流微电网中线路阻抗对传统下垂控制造成的影响,基于直流微电网系统结构特点,提出了一种主动阻抗检测方法,即通过主动注入单脉冲扰动,检测变换器输出电压、电流变化,获得线路阻抗信息,进而对下垂系数进行补偿,最终改善负荷分配精度和母线电压电能质量。由于该方法属于主动测量法,因此对电能质量影响微小并可控。最后通过仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于改进自适应下垂的直流微电网稳定分析与研究

在直流微电网中,各种分布式能源(光伏、风机、储能单元等)通过换流器并联连接到直流母线上,因此保持直流母线电压的稳定及系统的能量协调管理显得至关重要。由于直流微网中的各个分布式微电源到各交直流负载的阻抗值不一定相等,因此若把线路的阻抗值假定为虚拟的下垂系数,必然会导致各分布式微源相对于负载的功率输出不能按需分配;同时,负载的功率变化会使得母线电压增大或减小,必然会导致直流微电网中的直流母线电压有所波动,影响整个系统的稳定性。基于以上因素,采用一种基于改进自适应下垂控制的方法,此控制策略很好地考虑了线路阻抗和负载的波动影响,通过换流器的电压和电流输出均值来均衡各换流器的输出电压及电流值,降低了直流母线电压值的波动幅度,间接地使得各换流器的电流电压分配精准度得以提升。并结合Matlab/Simulink进行了建模与仿真,仿真结果可以有效地验证所提出的新型改进自适应下垂控制策略的合理性。     

基于功率下垂特性的直流微电网分布式控制

针对直流微电网传统的下垂控制微源间功率分配不均导致系统环流以及直流母线电压偏移造成系统不稳定等问题,提出了一种基于功率下垂特性的直流微电网分布式控制.该方法通过引入微源输出电压、输出功率标幺值来效验微源的输出功率,确定各微源的运行条件,从而实现负载功率按照分配功率与额定功率成比例的方法精确分配,减少了系统环流;通过增加...     

基于交流信号注入的混合微电网功率均衡策略

实现微电网间功率精准与高效的分配是混合微电网的重要控制目标,但由于线路阻抗、负载及低速通信的存在,传统下垂控制难以同时解决混合微电网间的功率均衡及接口变换器间的循环功率问题。提出一种基于低频低幅值交流信号注入的混合微电网功率均衡控制策略,在公共直流母线中注入交流信号,建立直流微电网的频率—有功功率下垂关系,利用全局变量频率改进传统混合下垂控制策略,在解决并联接口变换器间循环功率的同时,实现了混合微电网间功率的精准分配。通过仿真,验证了所提方法的可行性与有效性。     

直流微电网的一种增量式下垂控制方法

在直流微电网中,下垂控制是解决负荷功率分配问题的基本控制方法之一。传统的下垂控制方法是基于负荷电流I的U-I下垂控制,这种方法虽然可靠性和经济性较好,但是在实际直流微电网运行中由于各微电源之间线路阻抗不一致或者本地负荷不平衡,各分布式电源发出的有功功率会出现分配不均进而产生系统环流。为此,提出一种电压增量式P-V下垂控制方法。该方法引入了电压变化率v,并且利用平均负荷p_(av)来校正每台变化器的输出功率,从而达到输出有功功率一致、减小系统环流的目的。对该控制方法分别在连线阻抗不一致和本地负荷不平衡的工况下进行了仿真验证,其结果验证了该控制方法的有效性。     

直流微网中基于SOC的改进下垂控制

并网直流微源的有效管理和控制是保证直流微网稳定运行的关键。下垂控制是直流微网中常用的管理和控制直流微源的一种方法,能够有效实现微源间功率分配。但传统的基于荷电状态(State of Charge, SOC)的下垂控制存在随着SOC减小直流母线电压跌落逐渐加剧的缺陷,针对该缺陷提出了一种基于SOC的改进下垂控制策略。首先给出了根据母线电压波动的下垂系数调整律,当母线电压跌落时会自动减小下垂系数。随后建立了以输出电容的电压和电流为状态量的系统控制模型,设计了电流内环电压外环的双环PI控制器。最后搭建了Matlab/Simulink仿真模型,对比仿真了四种不同因素影响下系统的控制性能。仿真表明所提出的改进下垂控制很好地实现了母线电压稳定和各微源功率按其SOC合理分配,并具有较强的抗负载变化能力。     

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。     

微网逆变器无功出力按容量分配的改进控制策略

为了解决馈线阻抗不一致导致的微网逆变器无功出力不能均分的问题,提出了一种基于电流下垂控制的改进控制策略。通过测量和计算公共耦合点(Point of Common Coupling, PCC)处的无功电流按额定容量权重所得值,作为所有逆变器的基准值,并由母线信息控制改进的微积分控制器的使能,精确调节无功电流下垂曲线的电压偏置。该方法能够避免馈线阻抗造成的电压跌落,使逆变器按容量分配负荷,对通信依赖程度低,且消除周期功率延迟,具有良好的自适应能力和稳定性。仿真和实验也充分证明了所提控制策略的正确性和可行性。     

直流微电网潮流控制器与分布式储能协同控制策略

针对直流微电网互联变换器提出一种能根据两端直流母线电压判断自身传输功率方向与大小的智能控制策略。该策略首先将两个直流微电网之间的互联变换器作为微电网潮流控制器(MicrogridPowerFlowController,MPFC)来控制互联线路上的潮流。然后提出一种微网自适应功率下垂控制方法使MPCF与分布式储能协同控制直流母线电压。最后使用Matlab/Simulink仿真验证该控制方法能够有效提高系统的稳定性和效率,并且能够减小因不需要的功率流动所带来的功率损耗及储能的充放电次数。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略研究

针对孤立交直流混合微电网中双向AC/DC换流器在外界扰动下出现电压波动的问题,设计了一种应用于双向AC/DC换流器的母线电压扰动观测器,以实现在分布式电源出力和负荷功率变化等外界扰动情况下对系统扰动量的快速跟踪,且无需增加额外的电压或电流传感器,保证了交直流混合微电网内分布式电源和负荷的即插即用功能。进一步地提出了基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略,以有效抑制暂态电压波动和冲击,提高了孤立混合微电网在不同扰动下的动态响应性能和鲁棒稳定性。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了孤立交直流混合微电网仿真模型,通过在不同暂态过程下的仿真测试验证了所提方法的有效性和正确性。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联特性研究

针对低压微网中采用传统下垂控制的并联逆变器功率均分效果差以及母线电压和频率偏移问题,分析了并联逆变器的环流和功率输出特性,提出一种基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联控制策略。该策略实现了逆变器等效输出阻抗的精确可控,且具有虚拟同步发电机的基本特性,逆变器等效电压源的频率和相位能够实现自同步功能,在不需要功率环的情况下间接实现了并联逆变器功率均分且具有环流抑制能力。通过设计电压二次调节控制,消除了微网母线电压和频率的偏移问题。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制

在直流微电网中,传统下垂控制存在功率均分和母线电压控制不能同时兼顾的矛盾。针对这一问题,研究了带阻性负载直流微网系统,提出基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制策略。该策略包括一次、二次和电流一致性控制。引入输出电容电压反馈构成一次控制,参考电压补偿和下垂系数修正构成二次控制。各分布式电源间仅相邻变换器交换电流信息,通过电流一致性迭代控制和一次、二次控制结合,在保障输出功率均分的同时,消除了直流母线电压偏差。为验证该策略的控制有效性,对系统进行小信号建模理论分析,分析控制参数变化对系统稳定性的影响,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该控制策略在微网结构改变时,也能保证系统稳定,自适应完成直流微网功率均分和母线电压控制目标。