【熱點專題論文】浙江大學(xué)胡輝勇等:主從控制下直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性分析及有源阻尼控制方法
研究背景
隨著可再生能源的大量接入,直流微電網(wǎng)作為一種高效利用的系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。直流微電網(wǎng)一
般由多個電源、恒功率負載等功率模塊組成,多個電源之間大多采用主從控制,即一個電源是
電壓控制型作為主電源,其余電源是電流控制型作為從電源。在控制設(shè)計時通常能確保單個功
率模塊獨立運行時穩(wěn)定,但組成系統(tǒng)時功率模塊將會互相影響,從而降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。另一方
面,恒功率負載的負阻抗外特性會進一步加劇系統(tǒng)不穩(wěn)定。
以往研究針對單源單負載、多源并聯(lián)多負荷并聯(lián)情形的穩(wěn)定性,給出了很多有益結(jié)論,但經(jīng)常
忽略系統(tǒng)節(jié)點之間的阻抗,或者給出的穩(wěn)定性判據(jù)不能適用于環(huán)網(wǎng)。
解決的問題
針對含電壓控制型主電源、電流控制型從電源、恒功率負載、系統(tǒng)節(jié)點間阻抗等復(fù)雜的主從控
制直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析與提高問題:
1)給出的基于阻抗的主從控制直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性判據(jù)能兼容考慮系統(tǒng)節(jié)點間阻抗;穩(wěn)定性判
據(jù)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無特定要求,可適用于放射型系統(tǒng),也適用于環(huán)形系統(tǒng),區(qū)別只在于系統(tǒng)導(dǎo)納矩
陣;在各功率模塊自身穩(wěn)定的前提下,只與各功率模塊的阻抗/導(dǎo)納相關(guān),相應(yīng)的阻抗/導(dǎo)納是
有明確物理意義的量,分析系統(tǒng)級穩(wěn)定性時不用再顧及單個模塊的穩(wěn)定性,簡化計算;能夠?qū)?br />
系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣與其他部解耦;可分析含電壓控制型主電源、電流控制型從電源、恒功率負
載、系統(tǒng)節(jié)點間阻抗等復(fù)雜直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性,且易于擴展。
2)提出了基于雙準PR控制器的有源阻尼控制方法,能夠在不增加系統(tǒng)硬件成本和改變輸出阻
抗低頻段幅值的同時,有效地提高系統(tǒng)穩(wěn)定性且不影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流分布。
重點內(nèi)容及創(chuàng)新點
文章給出了一種基于阻抗的主從控制下直流微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù),并提出了一種基于雙準比
例諧振(PR)控制器的有源阻尼控制方法。首先,利用單元連接法對各電源、恒功率負載等功率
模塊進行戴維南/諾頓等效,得到相應(yīng)的阻抗/導(dǎo)納,結(jié)合系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣給出了一種基于阻
抗的主從控制直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性判據(jù)。其次,通過雙準PR控制器在電壓控制型主電源輸出
阻抗中串入有源阻尼,能有效降低輸出阻抗幅值的峰值,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,同時不改變輸出阻
抗的低頻段幅值。最后,三機四節(jié)點環(huán)形直流微電網(wǎng)的仿真結(jié)果驗證了所提穩(wěn)定性判據(jù)和有源
阻尼控制方法的有效性。
結(jié)論
本文給出了一種基于阻抗的主從控制直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性判據(jù)和一種基于雙準PR控制器的有源
阻尼控制方法。該判據(jù)只與各功率模塊的阻抗/導(dǎo)納相關(guān),與系統(tǒng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣解耦,比較直
觀,易于擴展;既適用于放射型系統(tǒng),也適用于環(huán)形系統(tǒng)。提出的有源阻尼方法有效地提高
了系統(tǒng)穩(wěn)定性,同時不影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流分布。三機四節(jié)點環(huán)形直流微電網(wǎng)的仿真結(jié)果驗證
了所提穩(wěn)定性判據(jù)和有源阻尼控制方法的有效性。
后續(xù)研究
此外,當(dāng)直流微電網(wǎng)中存在多個電壓控制型電源進行下垂控制時,可建立其戴維南等效電路獲得其輸出阻抗,亦可構(gòu)建相應(yīng)的對等控制下直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性判據(jù),這將在之后的研究中作進一步的分析。
作者介紹
胡輝勇
胡輝勇(1991),男,博士研究生,研究方向為微電網(wǎng)穩(wěn)定性分析與控制等,E-mail:huhuiyong@ zju.edu.cn。
團隊介紹
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院擁有電氣工程國家重點一級學(xué)科,先后被列入國家“211”和“985”工程重點建設(shè)項目,擁有電力電子技術(shù)國家專業(yè)實驗室、電力電子國家工程研究中心和浙江省海洋可再生能源電氣裝備與系統(tǒng)重點實驗室。學(xué)院在新能源開發(fā)利用領(lǐng)域研究歷史悠久,研發(fā)實力雄厚,在多項國家科技支撐計劃、863項目、國家自然科學(xué)基金、省部級重大項目等支持下,對新能源中風(fēng)電、光伏、儲能等相關(guān)利用和并網(wǎng)技術(shù)進行了理論到實踐的深入研究,研究成果得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界及社會的認可,如“高壓直流輸電工程成套設(shè)計自主化技術(shù)開發(fā)與工程實踐”獲2011年國家科技進步一等獎,“復(fù)雜非線性電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制與智能優(yōu)化理論與方法的研究”成果獲2008年獲國家自然科學(xué)二等獎,“新型高增益高效率變流器拓撲、控制及其應(yīng)用”獲2011年浙江省科技進步一等獎等省部級以上獎勵12項。
浙江大學(xué)分布式發(fā)電與交直流混合供電研究團隊由韋巍教授、項基教授、彭勇剛教授、于淼博士等人組成,目前擁有教授3人,講師1人,研究生30余人。在分布式發(fā)電、交直流混合供電與微網(wǎng)、智能電氣裝備與自動化等方向有著豐富的研究成果。近年來,牽頭承擔(dān)了國家十二五主題項目“海流能發(fā)電與海島新能源供電關(guān)鍵技術(shù)(2011AA050200)”,參與承擔(dān)國家863項目“高密度分布式能源接入交直流混合微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)(2015AA050104)”、“基于分布式能源的用戶側(cè)智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范(2014AA052001)”、國家重點研發(fā)計劃“含高密度新能源發(fā)電的電網(wǎng)源荷端動態(tài)響應(yīng)與自愈控制(2016YFB0900605)”、“高可靠交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(2016YFB0900503)”、“適用于分布式可再生能源交直流互聯(lián)的關(guān)鍵設(shè)備研制(2017YFB0903303)”、國家自然科學(xué)基金“AC/DC 混合微網(wǎng)即插型分級智能控制理論與算法研究(51377142)”等科研項目。
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