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直流微网的暂态电量分析与惯性控制研究

直流微网的暂态电量分析与惯性控制研究

作者：甄栋夫华北电力大学

学位级别：硕士

近年来,随着生态文明建设大力推进,可再生能源已成为助力“双碳”目标落地见效的主力军,以新能源为主体的分布式发电技术以及由分布式发电组建成的直流微电网受到广泛的关注。作为未来能源互联网的重要支撑环节,直流微电网具有换流环节... 详细信息

近年来,随着生态文明建设大力推进,可再生能源已成为助力“双碳”目标落地见效的主力军,以新能源为主体的分布式发电技术以及由分布式发电组建成的直流微电网受到广泛的关注。作为未来能源互联网的重要支撑环节,直流微电网具有换流环节少、线路线损小、传输容量高,控制结构简化等优点。但与常规电网相比,直流微电网惯性低,负荷功率波动容易诱发直流母线电压稳定性问题。因此,针对直流微电网系统的惯性控制研究已成为当前提高电网系统稳定性的重要课题。本文完成的主要工作和成果如下:(1)建立直流微电网系统的等效电路模型,分析系统组成单元的数学模型、控制方式及工作原理。在MATLAB/SIMULINK仿真软件中搭建了包含风力发电单元、蓄电池单元、并网逆变单元以及负荷单元的直流微电网模型,为后续工作的开展提供坚实基础与研究平台。(2)阐述系统固有惯性并分析其稳定运行特性。利用所建立的模型,分析恒功率负荷变化以及直流电压波动后系统电压运行点移动轨迹和暂态电量变化过程,根据系统各端电量关系进行系统稳定运行分析,提出基于暂态电量的直流微电网电压稳定判据。(3)基于暂态电量理论提出暂态电量惯性控制策略与双向惯性控制策略。利用“等电量原则”将直流电压变化引入到风电机组换流器的控制中,通过在机侧变流器引入附加功率信号,提出一种附加电量的暂态电量惯性控制策略,增强了系统稳定支持能力。为进一步完善系统惯性控制效果,在暂态电量惯性控制的基础上,利用附加功率信号的正负调控机制对功率跟踪系数完成优化,提出了风电机组的双向惯性控制策略,该策略在负荷波动阶段,采用增强惯性控制以提高系统惯性;在电压恢复阶段,则采用削弱惯性控制以减小系统惯性,促进电压快速恢复,使系统惯性响应能力在不同调压阶段实现了双向灵活调节。(4)仿真验证所提理论与控制策略的合理性、有效性。在仿真软件中搭建多端直流微电网仿真模型,通过仿真实验验证所提控制策略的作用效果。结果表明所提控制策略能有效提高直流微电网惯性的灵活调节能力,使系统的电压质量的到明显改善。

关键词：直流微电网暂态电量虚拟惯性电压质量风电机组双向惯性

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基于傅氏算法的暂态电量采集技术

电气开关 2009年第4期47卷 66-68,74页

作者：邹智慧罗晓芬邓旷笑广西大学电气工程学院广西南宁530004

利用AVR单片机系列中的ATmega64L芯片,采用改进的半波傅立叶算法,实现对电力系统故障时暂态电信号的交流采样和参数计算,可以有效滤除故障信号当中的非周期分量,比较精确的算出基波分量和奇次谐波分量,从而进行保护动作的判断。构成了... 详细信息

利用AVR单片机系列中的ATmega64L芯片,采用改进的半波傅立叶算法,实现对电力系统故障时暂态电信号的交流采样和参数计算,可以有效滤除故障信号当中的非周期分量,比较精确的算出基波分量和奇次谐波分量,从而进行保护动作的判断。构成了快速和准确的微机保护,具有实际工程应用价值。

关键词：微机保护暂态电量傅立叶算法 AVR单片机电气参数

基于附加电量的直流微电网暂态自适应惯性控制研究

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基于附加电量的直流微电网暂态自适应惯性控制研究

作者：陈立威华北电力大学

学位级别：硕士

直流微电网不存在频率和功角稳定问题,是目前接引新能源并网、吸纳分布式电源的有效技术手段,因其对改善电网能源结构、推进环境友好型电网建设具有重要意义,现已成为直流领域的研究热点之一。然而,大量的电力电子器件阻断了同步电机间... 详细信息

直流微电网不存在频率和功角稳定问题,是目前接引新能源并网、吸纳分布式电源的有效技术手段,因其对改善电网能源结构、推进环境友好型电网建设具有重要意义,现已成为直流领域的研究热点之一。然而,大量的电力电子器件阻断了同步电机间的惯性支援,致使直流微网呈现出低惯性的特征,严重影响到直流电压质量,甚至对系统稳定运行造成威胁。因此,本文针对直流微电网惯性问题进行深入研究,并对惯性补偿控制加以优化,主要工作如下:(1)构建五端直流微电网的简化等效电路。简要介绍风力发电机组、光伏发电单元、储能以及交直流负荷等端口单元的工作原理和控制方法,在此基础上建立相应的数学模型并利用平均值等效模型加以整合简化,为后续的分析研究奠定基础。(2)提出基于附加电量的虚拟电容控制策略。根据系统约束方程组推导源、荷侧伏安特性,分析等效负荷波动时系统稳定运行点的移动轨迹和稳定条件。结合李雅普诺夫判稳法推导系统电量动态特性,分析源侧电量积累进程对储能侧下垂控制参数变化的响应机制。结合电量公式,提出基于附加电量的虚拟电容控制策略,实现微网虚拟电容的定量补偿。(3)提出暂态自适应虚拟惯性控制策略。恒定的惯性补偿缺乏灵活的惯性支撑能力,惯性参数设计不合理还容易引发惯性过补偿。针对上述问题,本文以电压偏差及其变化率为依据划分系统暂态运行工况并分析微电网实时的惯性需求。通过在储能侧换流器控制回路中引入直流电压运行参数动态调整下垂系数,提出暂态自适应虚拟惯性控制。能够自适应微网运行工况投入可变电容,在延缓直流母线电压偏离的同时兼顾电压恢复速度。在此基础上,建立系统的小信号模型,通过极点配置的方法为惯性系数选取提供约束,确保暂态自适应虚拟惯性控制策略下系统的稳定性。(4)仿真验证所提虚拟电容控制策略及暂态自适应虚拟惯性控制策略的可行性和有效性。基于Matlab/Simulink平台搭建五端直流微电网的仿真模型,验证惯性参数对抑制暂态电压波动的影响;对比验证传统固定下垂控制及所提两种控制对系统电压稳定的作用,明确自适应虚拟电容灵活的惯性支撑能力。

关键词：直流微网暂态电量虚拟惯性极点配置参数分析

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

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电力自动化设备 2023年第11期43卷 141-149页

作者：张祥宇陈立威付媛华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室河北保定071003

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参... 详细信息

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。

关键词：直流微电网暂态电量虚拟惯性极点配置参数分析

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有效滤除偶次谐波的改进半波傅立叶算法

电力系统保护与控制 2009年第20期37卷 65-68,107页

作者：邹智慧李啸骢罗晓芬范垂正广西大学电气工程学院广西南宁530004

目前的改进半波傅立叶算法,能有效滤除电力系统故障时暂态电信号中的直流分量及奇次谐波分量,从而比较准确地算出基波分量。但信号中若含有较大成分的偶次谐波,算法将出现较大误差。提出一种新的改进半波傅立叶算法,即通过适当增加采样... 详细信息

目前的改进半波傅立叶算法,能有效滤除电力系统故障时暂态电信号中的直流分量及奇次谐波分量,从而比较准确地算出基波分量。但信号中若含有较大成分的偶次谐波,算法将出现较大误差。提出一种新的改进半波傅立叶算法,即通过适当增加采样点数,来进一步有效滤除偶次谐波,从而较好地提高算法精度。改进后的算法可应用于快速和准确的微机保护。

关键词：微机保护暂态电量傅立叶算法偶次谐波