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直流微电网稳定运行与自治控制策略研究

直流微电网稳定运行与自治控制策略研究

作者：冯怿彬天津大学

学位级别：硕士

随着用户对供电可靠性和电能质量的关注度不断提高,以及太阳能、风能等各种形式的可再生能源大量利用,微电网作为分布式电源接入电网的有效途径得到了国内外学者的广泛关注。微电网中的各类分布式电源,如光伏电池、超级电容和风力发电机... 详细信息

随着用户对供电可靠性和电能质量的关注度不断提高,以及太阳能、风能等各种形式的可再生能源大量利用,微电网作为分布式电源接入电网的有效途径得到了国内外学者的广泛关注。微电网中的各类分布式电源,如光伏电池、超级电容和风力发电机等,大多都是输出直流电（或者存在直流的中间环节）;而且众多的家用电器和办公设备等本质上也都需要直流电源才能正常工作。因此,相较于交流系统,直流微电网能更高效地接纳分布式电源,减少电能转换的中间环节,提高能源利用效率。近年来,作为系统稳定运行的关键,直流微电网的稳定性问题和自治控制策略等方面的研究逐渐成为关注的热点,研究一种系统稳定性好、运行灵活高效的控制策略具有重要的现实意义。本文首先从国内外研究现状、拓扑结构和运行模式等角度,对直流微电网系统运行的相关理论进行介绍和总结,并且在此基础上完成对直流微电网中典型电力电子变流器（包括DC-DC变流器、DC-AC变流器）的建模工作,详细分析了各变流器的具体控制策略及运行原理。其次,根据下垂控制直流微电网系统的小信号模型,本文通过特征值分析,研究了负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,并且利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。接着,针对直流微电网内不同组成单元功率分配和自治运行的问题,提出了一种考虑电网分时电价的直流微电网分层协调控制策略。该策略将直流微电网的控制系统分为三个层次:变流器控制层、母线电压控制层和功率调度层,在保证系统分布式自治运行的同时,提高系统运行的经济性。最后,通过搭建天津大学直流微电网实验平台,验证了本文所提的有源阻尼方法和分层协调控制策略的有效性。

关键词：直流微电网直流母线电压稳定性分析有源阻尼方法分布式自治控制分时电价经济性

基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略

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电力自动化设备 2021年第5期41卷 183-188页

作者：冯怿彬张雪松汪湘晋赵波郭力国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分。直流系统故障时,冲击电流上升速度快,可供保护获取的数据信息极少,严重影响直流保护的故障诊断。将电力电子变流器的故障控制与保护相结合,提出了一种基于主动探测的直流微电网故障区段... 详细信息

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分。直流系统故障时,冲击电流上升速度快,可供保护获取的数据信息极少,严重影响直流保护的故障诊断。将电力电子变流器的故障控制与保护相结合,提出了一种基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略,通过增加AC-DC变流器的故障控制模块,使其具有主动注入短路电流的能力,进一步协同直流保护装置,实现对故障位置的准确识别和快速隔离。同时,各变流器还能基于本地电压和探测电流信息自动诊断故障消除情况,以快速恢复系统运行。基于实时数字仿真平台的仿真结果表明,所提策略能够在故障发生后100 ms内完成故障定位与隔离,大幅降低了对系统供电的影响,具有一定的工程应用价值。

关键词：直流微电网故障区段辨识直流保护主动探测故障恢复

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直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究

中国电机工程学报 2016年第4期36卷 927-936页

作者：郭力冯怿彬李霞林王成山李运帷智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 阿尔伯塔大学电气与计算机工程系

该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的... 详细信息

该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的低阻尼LC环节会与电压源型变流器的输出阻抗相互影响,导致直流微电网发生高频振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响。文中利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,通过改变变流器的等效输出阻抗,使主导特征根向s域平面左侧移动。仿真与实验结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致;该有源阻尼方法能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。

关键词：直流微电网下垂控制稳定性分析高频谐振有源阻尼方法

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交直流混合微电网系统设计与控制架构分析

电力系统保护与控制 2018年第23期46卷 143-150页

作者：冯怿彬汪科葛晓慧张雪松国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014

微电网是实现大规模分布式电源接入配电网的重要技术途径和手段,其中交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网各自的优势,已经成为微电网技术发展的重要方向。以国家863项目示范工程"交直流混联微电网上虞示范站"为背景,从拓扑结... 详细信息

微电网是实现大规模分布式电源接入配电网的重要技术途径和手段,其中交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网各自的优势,已经成为微电网技术发展的重要方向。以国家863项目示范工程"交直流混联微电网上虞示范站"为背景,从拓扑结构设计、关键研发设备和分层控制架构等方面介绍其主要技术特征。重点阐述了该交直流混合微电网的协调控制策略,包括四种运行模式和八种模式切换流程,并结合实际运行结果进行验证。运行实践表明,示范工程能够显著提高负荷的供电可靠性,促进高比例分布式电源就地消纳,对未来交直流混合微电网技术的发展具有一定指导意义。

关键词：交直流微电网示范工程系统设计分层控制架构协调控制策略

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考虑电网分时电价的直流微电网分层协调控制

电网技术 2016年第7期40卷 1992-2000页

作者：郭力张绍辉李霞林王成山李运维冯怿彬智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 电气与计算机工程系阿尔伯塔大学国网浙江省电力公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

针对无通信条件下低压直流微电网的分布式控制,提出了一种考虑电网分时电价的分层协调控制策略,将储能单元的剩余充放电功率与电网电价相结合,通过比较电池的充放电成本和电网电价,采用低价购电、高价售电的策略,以降低系统的运行成本... 详细信息

针对无通信条件下低压直流微电网的分布式控制,提出了一种考虑电网分时电价的分层协调控制策略,将储能单元的剩余充放电功率与电网电价相结合,通过比较电池的充放电成本和电网电价,采用低价购电、高价售电的策略,以降低系统的运行成本。该策略将直流微电网的控制系统分为3个层次。其中,底层变流器控制层和中层母线电压控制层能够在保持各单元控制结构不变的情况下,根据公共直流母线电压平滑调节各单元输出功率,实现直流微电网的分散自治运行;上层功率调度层通过获取交流电网侧的分时电价信息,改变并网DC-AC变流器的实时运行状态,从而充分利用储能单元的剩余功率,提高系统运行的经济性。该策略下,系统中各组成单元均采用分布式控制结构,在保证多个电压控制单元间功率合理分配的同时,实现变流器"即插即用"的功能。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：直流微电网分层协调控制直流母线电压分时电价平滑切换即插即用

体系架构下的多微电网系统能量管理与贡献度评估

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中国电机工程学报 2020年第13期40卷 4175-4186页

作者：张后谊赵波汪湘晋秦如雯陈民铀冯怿彬输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014 美国密苏里科技大学密苏里州罗拉65409

体系(system of systems,SoS)是系统科学与复杂性科学在研究特定体系问题时产生的新领域,体系特性与多微电网所呈现的特性十分契合。基于此,该文构建多微电网SoS架构并建立多微电网系统双层能量管理模型与多微电网体系涌现功能的贡献度... 详细信息

体系(system of systems,SoS)是系统科学与复杂性科学在研究特定体系问题时产生的新领域,体系特性与多微电网所呈现的特性十分契合。基于此,该文构建多微电网SoS架构并建立多微电网系统双层能量管理模型与多微电网体系涌现功能的贡献度评估模型。结合列约束生成算法求解双层能量管理模型得到考虑源荷不确定性时各子微电网调度计划及多微电网系统最小运行成本。贡献度评估模型根据多微电网系统最小运行成本求得多微电网涌现收益并结合shapely值法将涌现收益分配给各子微电网,最后计算各子微电网真实运行成本与各子微电网对涌现功能的贡献度。结果表明,所建模型不仅实现多微电网整体运行成本最小,而且确保各子微电网独立性和隐私保护,贡献度评估结果能为运行管理者构建多微电网SoS架构实现优化运行提供参考。

关键词：多微电网体系能量管理贡献度评估

直流微电网高频振荡稳定问题的降阶建模及分析

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电力自动化设备 2021年第5期41卷 65-72页

作者：李鹏飞郭力王洪达李霞林王成山冯怿彬朱想天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 海军勤务学院供应管理系天津300450 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014 中国电力科学研究院(南京) 江苏南京210003

为从等效电路角度揭示直流微电网高频振荡稳定机理,建立了直流微电网降阶电路模型。将直流电压控制单元降阶成等效电阻、电感串联电路模型,其中将下垂控制、直流电压控制及电流内环控制环节对系统高频稳定性的影响转化为可量化的等效电... 详细信息

为从等效电路角度揭示直流微电网高频振荡稳定机理,建立了直流微电网降阶电路模型。将直流电压控制单元降阶成等效电阻、电感串联电路模型,其中将下垂控制、直流电压控制及电流内环控制环节对系统高频稳定性的影响转化为可量化的等效电阻、等效电感。进一步结合采用等效电阻、电容并联电路的恒功率负荷模型,得到直流微电网全系统降阶电路模型,在此基础上提出了直流微电网高频振荡稳定性判据。并基于所提降阶模型,分析了直流电压控制单元详细控制参数对等效电阻、等效电感以及稳定性判据的影响,从等效电路的角度揭示了直流微电网发生高频振荡失稳的原因。最后,在PSCAD/EMTDC软件中对所提降阶模型进行了仿真验证。

关键词：直流微电网高频振荡等效电路降阶建模稳定性分析

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直流微电网稳定控制关键技术研究综述

供用电 2015年第10期 1-14页

作者：李霞林王成山郭力周丽红冯怿彬天津大学智能电网教育部重点实验室

结合未来直流微电网发展趋势,指出直流微电网稳定控制面临的关键问题;从直流微电网母线电压控制、多源协调控制、运行模式切换及稳定性问题等方面,综述了直流微电网稳定控制关键技术研究现状;最后基于天津大学智能直流配用电实验平台,... 详细信息

结合未来直流微电网发展趋势,指出直流微电网稳定控制面临的关键问题;从直流微电网母线电压控制、多源协调控制、运行模式切换及稳定性问题等方面,综述了直流微电网稳定控制关键技术研究现状;最后基于天津大学智能直流配用电实验平台,对相关直流微电网稳定控制技术进行了实验验证,并对未来直流微电网稳定控制研究进行了展望。

关键词：直流微电网直流母线电压控制多源协调稳定性实验平台

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柠檬酸改性球形活性炭对氨气吸附性能的影响

化工进展 2024年第2期43卷 1082-1088页

作者：郭迎春梁晓怿华东理工大学化工学院上海200237

以沥青基球形活性炭为载体,采用等体积浸渍法将不同浓度的柠檬酸负载到活性炭孔隙内。通过固定床动态吸附装置评价柠檬酸改性活性炭对氨气吸附性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱和氮气吸脱附对改性前后... 详细信息

以沥青基球形活性炭为载体,采用等体积浸渍法将不同浓度的柠檬酸负载到活性炭孔隙内。通过固定床动态吸附装置评价柠檬酸改性活性炭对氨气吸附性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱和氮气吸脱附对改性前后活性炭的理化特性进行表征分析。结果表明,当柠檬酸负载量为60%(质量分数)时,改性活性炭对氨气的吸附性能最佳,氨气防护时间为194min,单位活性炭的氨气吸附容量为42.8mg/mL(66.8mg/g),是未改性活性炭吸附容量的24倍;吸附剂的总比表面积和孔体积以及pH都随着柠檬酸负载量的增加不断减小,其中微孔的比表面积和孔体积与柠檬酸负载量的相关系数R2分别为0.9944和0.9842;柠檬酸的利用率随着负载量的增加不断减少,氨气与柠檬酸反应生成柠檬酸铵,产物主要沉积在微孔内,微孔对氨气吸附至关重要。

关键词：活性炭柠檬酸复合材料固定床吸附氨气