交直流混合微电网规划设计研究

交直流混合微电网因其能够降低多重变换器带来的损耗、谐波电流,提高系统的可靠性和经济性,已经成为下一代微电网的发展方向。文章结合浙江省电力公司重点科技项目,从电压等级、母线结构、接地方式及网络拓扑等4个方面对交直流混合微电网的规划设计问题进行了研究,为深入开展交直流混合微电网的相关研究和工程化应用提供参考。     

交直流混合微电网运行控制技术

微电网为分布式能源的充分利用和发展提供了很好的平台,相比单一的直流(direct current, DC)微电网、交流(alternating current, AC)微电网,交直流(alterating and direct current, AC/DC)混合微电网兼具两者的优点,其运行控制技术受到广泛的关注。首先阐述了交流微电网、直流微电网、交直流混合微电网的典型结构与主要特征;并重点基于交直流混合微电网分层控制理念,从设备控制层、协调控制层以及能量管理层三方面的研究现状进行综述;最后结合能源互联网和智能电网的发展,探讨了交直流混合微电网的未来发展趋势。     

以MMC接口互联的交直流混合微电网协同预充电控制

研究了交直流混合型微电网中MMC的启动预充电控制策略,讨论了联网以及孤岛运行模式下子模块电容电压的建立过程.联网运行模式下采用交流子网充电;孤岛运行模式下,根据黑启动电源的分布情况以及储能单元的荷电状态来选择预充电方式.通过MATLAB/Simulink仿真对不同运行工况的预充电策略加以验证,结果表明该预充电控制策略保证了系统不同运行方式下电容电压的稳定,实时性较好,充电速度较快.     

混合母线微电网的功率平衡控制策略

为提高微电网在模式切换等暂态条件下的动态响应性能,提出一种基于交直流混合母线拓扑的微电网功率平衡控制策略.将直流母线和交流母线分别作为瞬态和稳态的两级功率平衡点,使分布式电源组群与储能装置经直流母线相结合进行联合供电.在暂态条件下,通过稳定直流母线电压迅速地匹配供需双方的功率,相应地调整逆变控制策略来稳定系统电压、频率及调节电能质量.仿真结果表明:在微电网运行模式切换和受扰动时,该方法均能使微电网实时满足负载的功率需求;电压幅值和频率稳定在额定值,相对误差小于1％;电能质量符合国家标准,总畸变率(THD)小于2％;电压和功率参数响应时间仅为0.02 s左右.     

混合微电网中三相变换器的控制策略

混合微电网中一般通过三相变换器连接交流子网和直流子网,其控制策略对整个微电网运行特性有显著影响。混合微电网并网运行时,由大电网保证功率平衡,变换器控制策略用于维持直流母线电压恒定;孤岛运行时,设计的协调控制系统保证微电网内部功率平衡,变换器控制策略用于保持交流母线电压稳定。当微电网内部分布式电源功率以及负荷功率发生变化时,该变换器可以在整流、逆变和停机3种状态间平滑切换。最后,通过算例仿真验证了控制策略的可行性和有效性。     

交流微电网接口变换器控制策略研究

微电网与传统大电网可实现有机互补,充分利用可再生能源发电.接口变换器作为分布式电源(DG)接入微电网的关键设备,其控制特性直接决定了DG的发电效率.目前,微型燃气轮机发电系统(MTGS)需要通过交-直交两级变换向微电网交流母线供电.利用矩阵变换器(MC)作为交流母线与MTGS的接口变换器,设计了双空间矢量控制策略,对电流进行闭环控制,同时,利用MC能量的双向流动控制,将交流母线电能作为MTGS启动电源,省去了变频启动电源,发电工况下,实现了交-交直接变换,从而提高MTGS的发电效率,通过系统仿真,验证了所提控制策略的有效性.     

考虑网络攻击的微电网弹性分布式控制策略

为了提升攻击检测和隔离响应的速度,降低对系统的负荷,提出了一种针对网络攻击的微电网弹性分布式控制策略。首先分析了3种类型的时变网络攻击对对通信链路、局部控制器和主控制器的影响。然后提出了一种弹性分布式控制策略,使得每一个参与者都能及时、迅速地检测和隔离损坏的链路和控制器。在控制策略中引入开关频率随机的非周期间歇控制机制,从而提升微电网系统对连续攻击的鲁棒性。最后通过仿真平台对提出的方法进行验证。结果表明:该分布式控制策略能够在不妨碍微电网正常运行的情况下,及时准确地检测和隔离网络攻击。     

基于无差拍的永磁同步电机无传感器控制策略

针对永磁同步电机直接转矩控制系统中存在转速和转子位置观测精度不高、转矩脉动较大等问题,提出一种基于无差拍的永磁同步电机无传感器控制策略。设计基于变指数趋近律和锁相环技术相结合的新型滑模观测器,采用变指数趋近律提高反电动势观测精度并证明其稳定性,用连续函数取代符号函数降低抖振,结合锁相环技术提取转速及转子位置信息。基于此,建立电机离散化模型推导出磁链、转矩无差拍控制律,设计无差拍控制器进一步削弱抖振,提高系统控制性能。仿真结果表明:该策略能准确观测转速和转子位置,有效抑制磁链、转矩的脉动,提高系统动态性能。     

基于模块化多电平换流器拓扑的静止同步补偿器非线性控制策略

基于模块化多电平换流器的静止同步补偿器(MMC-STATCOM)能够对输电系统进行灵活控制和动态补偿,对于充分挖掘现有电网潜力具有举足轻重的意义。但是,MMC-STATCOM作为一种强耦合、多变量的非线性系统,需要选择合适的非线性控制策略来实现其丰富的控制功能。建立MMC-STATCOM数学模型并结合非线性控制理论中的优点,提出了无源滑模控制策略。当系统参数变化或存在外部扰动时,该控制策略赋予MMC-STATCOM系统较强的鲁棒性和良好的控制性能。在MATLAB/Simulink中构建了21电平MMC-STATCOM仿真系统,仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

摇臂轴助力式循环球EPS系统的控制策略

设计了一种摇臂轴助力式循环球EPS系统,采用滑模控制方法设计系统控制器。在考虑了二级减速机械结构磨损的基础上,建立EPS系统的状态方程,并根据滑模控制理论求出EPS系统的切换函数,然后采用一种优化后的指数趋近律来限制切换函数的1阶导数。通过MATLAB/Simulink建立EPS系统动态模型并仿真,结果表明滑模控制下的EPS系统跟随性好、超调量小,且有效削弱了滑动模态切换引起的抖振。研究结果可供新能源汽车转向系统的设计与开发参考。     

基于源-荷-储的直流微电网系统协调控制

针对孤岛下独立运行的直流微电网,为了更好的维持系统功率的供需平衡,快速平抑母线电压的波动。利用超级电容和蓄电池的互补特性设计混合储能系统,在下垂控制的基础上,通过增加二次补偿装置抑制负荷功率波动,从而实现直流微电网的精准控制,将系统划分成多个模式运行,通过利用所提的控制策略对各个模块进行联动控制,实现系统平滑的在多个运行模式下切换。完成直流微电网的源-荷-储协调优化控制。最后对其在MATLAB/Simulink上进行仿真实验,验证控制策略的有效性和可行性。     

光储微电网混合储能系统的控制策略及开关优化

传统光储微电网混合储能系统控制策略将蓄电池视为容量无限大的理想元件,而实际上蓄电池容量有限,当蓄电池剩余电量达到阈值无法正常工作时传统控制策略将不适用。在二阶低通滤波法的基础上提出一种光储微电网混合储能系统的新型控制策略,同时考虑超级电容与蓄电池的剩余电量,根据储能元件的荷电状态调整储能元件输出电流参考值,维持储能元件剩余电量,但在极端天气情况下,仍需与储能元件保护开关相配合。由于采用传统储能元件保护开关的储能系统需独立的充放电电路,存在成本较高、充放电不连续等问题,因此,对储能元件的保护开关进行了改进,利用开关与二极管并联使其具有4种工作状态,在储能元件剩余电量达到阈值时,可自动恢复电量,降低了成本,提高了并网输出电能质量。最后结合新型控制策略与改进的保护开关,提出整体的混合储能系统控制方案,并用 Matlab／Simulink 对其进行仿真验证,结果证明了所提方法的正确性与可行性。     

基于模糊趋近律控制的全数字交流位置伺服系统

提出了用模糊规则对趋近律参数进行在线调整的模糊趋近律控制方法 ,并将该方法应用于全数字交流位置伺服系统。仿真结果表明 ,用这一方法设计的伺服系统 ,既具有良好的品质 ,又很好地削弱了抖动 ,系统调节时间为 0 .2 8s,定位误差为± 1个脉冲     

直流闭锁故障对2015年云广交直流混联输电系统影响的研究

直流闭锁故障所引起的潮流转移是2015年南方电网安全稳定运行面临的重要问题.介绍了直流故障的类型和闭锁原因,分析了直流闭锁对系统动态特性的影响.对直流通道可能发生的两种直流闭锁故障进行仿真实验,考察故障后直流线路和送端交流线路的动态特性.对比分析两种故障对2015年云广交直流混联系统的影响.采用对整流侧近端发电机组切机的方法,提高系统的暂态稳定性,并给出最优切机方案.研究结果对实际电网的运行有一定的参考价值.     

混合脑机接口的研究现状及应用

随着多学科的发展,脑-机接口(brain-computer interface,BCI)技术取得了飞速发展,已成为脑科学、神经医学、人工智能等领域的研究热点。多项研究表明,多模态混合BCI(hybrid brain-computer interface,hBCI)比仅使用一种脑电信号(单模态)的BCI拥有更高的识别率和更好的稳定性。针对基于脑电图(electroencephalography, EEG)和肌电图(electromyography,EMG)的hBCI技术的研究现状与应用情况进行了分析与阐述,并总结了近年来EEG和EMG信号处理的主要方法,并针对目前国内外研究现状中所存在的问题,提出了在脑肌电混合BCI方向的潜在创新点,以期促进基于EEG和EMG的混合BCI在实际应用中进一步发展。     

电子节气门鲁棒滑模控制仿真研究

针对电子节气门系统的非线性环节和外部干扰复杂多变的问题,结合电子节气门的结构特点,建立了电子节气门数学模型,提出了一种基于指数趋近律的非线性鲁棒滑模控制,并对其进行了控制仿真.实验结果表明,基于指数趋近律的滑模鲁棒控制不仅能满足快速到达期望节气门开度,实现高精度控制等要求,而且可以增强电子节气门系统对外界干扰的鲁棒性.     

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。本文提出一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。     

基于离散非线性指数趋近律的变结构控制

 针对传统趋近律抖振大、趋近速度不快的缺陷,提出了一种新的离散趋近律。通过在指数趋近律切换项系数中加入非线性函数,实现了切换项系数随运动点到切换面的距离从大到小逐步变化,加快了趋近速度并降低了抖振,间接提高了系统鲁棒性。仿真结果证明,离散非线性指数趋近律具有良好的趋近品质,对确定性系统和不确定系统都有良好的控制效果。     

用于混合动力汽车的软开关双向DC/DC变换器

双向DC/DC变换器作为混合动力汽车能量管理系统的核心,在混合动力汽车能量双向转换控制中起到关键作用。根据混合动力汽车对双向DC/DC变换器的要求,选取双向Buck/Boost变换器作为主电路拓扑,减小了重量与体积、提高了系统的工作效率,同时采用半导体软开关技术有效减小开关损耗。推导出变换器在不同工作模式时的动态模型,并对相应模式下的控制器进行设计,提高了系统的稳定性和动态响应速度。最后,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。