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基于DQN算法的多微网非计划孤岛切换策略

东北电力技术 2023年第8期44卷 14-18页

作者：贺旭辉褚四虎张羽张雪菲湖北省新能源微电网协同创新中心湖北宜昌443002 三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002

配电网发生故障时,多微网会发生非计划孤岛对内部负荷供电产生较大冲击。针对这一问题,提出一种基于深度Q网络(deep Q network,DQN)算法的多微网非计划孤岛切换策略。首先,利用多微网非计划孤岛过程中的源荷储信息进行马尔科夫决策过程... 详细信息

配电网发生故障时,多微网会发生非计划孤岛对内部负荷供电产生较大冲击。针对这一问题,提出一种基于深度Q网络(deep Q network,DQN)算法的多微网非计划孤岛切换策略。首先,利用多微网非计划孤岛过程中的源荷储信息进行马尔科夫决策过程建模,并利用DQN算法对多微网的运行环境进行探索式学习,以找到最佳的减载策略。其次,执行该减载策略弥补由于非计划孤岛造成的多微网系统内部功率缺额,以保证多微网频率恢复正常并使减载损失最小。最后,基于改进IEEE-33节点的多微网模型对所提策略性能进行测试,测试结果表明了该策略的可行性和有效性。

关键词：多微网非计划孤岛 DQN算法低频减载

主从结构微电网逆变器离网全过程平滑切换控制策略

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电力系统自动化 2022年第23期46卷 125-133页

作者：张纯江徐菁远庆宏阳柴秀慧王晓寰电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学) 河北省秦皇岛市066004

主从结构微电网系统的主逆变器一般采用PQ-V/F控制方法,在非计划孤岛情况下从并网模式切换到孤岛模式会导致孤岛检测期间电压不可控。为解决以上问题,提出了一种基于附加电流控制器和电压保持器的组合式平滑切换控制策略,并网运行时附... 详细信息

主从结构微电网系统的主逆变器一般采用PQ-V/F控制方法,在非计划孤岛情况下从并网模式切换到孤岛模式会导致孤岛检测期间电压不可控。为解决以上问题,提出了一种基于附加电流控制器和电压保持器的组合式平滑切换控制策略,并网运行时附加电流环与电感电流环共同调节并网电流;孤岛运行时附加电流环退出,电压控制器作为电压外环与电感电流内环共同调节输出电压。孤岛检测期间电压控制器作为保持器,保持孤岛模式下控制器输出量,附加电流控制器与电压保持器配合,共同维持逆变器输出电压,避免了电压越限。仿真和实验结果验证了所提控制策略能够实现非计划孤岛情况下运行模式的平滑切换。

关键词：微电网主从控制平滑切换非计划孤岛电压控制器离网运行

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基于复合储能的微电网运行模式平滑切换控制

电网技术 2013年第4期37卷 906-913页

作者：刘志文夏文波刘明波中国能源建设集团广东省电力设计研究院广东省广州市510663 华南理工大学电力学院广东省广州市510640

针对微电网由并网运行向非计划孤岛切换过程中功率出现不平衡的问题,在不改变分布式电源运行控制模式前提下,将超级电容器和蓄电池组成的复合储能装置作为微电网孤岛运行时的主电源。制定微电网并网转非计划孤岛切换控制策略,确保切换... 详细信息

针对微电网由并网运行向非计划孤岛切换过程中功率出现不平衡的问题,在不改变分布式电源运行控制模式前提下,将超级电容器和蓄电池组成的复合储能装置作为微电网孤岛运行时的主电源。制定微电网并网转非计划孤岛切换控制策略,确保切换前后重要负荷正常供电和分布式电源正常运行;微电网由孤岛向并网运行切换时,通过对复合储能装置进行预同步控制,有效地减少了孤岛向并网运行切换时的冲击和振荡,确保运行模式切换过程中的平稳过渡。算例结果验证了所提方法的有效性。

关键词：微电网非计划孤岛超级电容器复合储能切换控制策略预同步控制

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微电网系统控制器的研发及实际应用

电力系统保护与控制 2011年第19期39卷 126-129,140页

作者：杨恢宏余高旺樊占峰祝海明毕大强许继电气技术中心河南许昌461000 中原工学院河南郑州451191 电力系统国家重点实验室清华大学电机系北京100084

介绍了微电网概念的出现背景、研究现状和国家电网公司河南微电网示范系统的总体框架。微电网系统控制器在该试点工程中承担微电网和大电网的联结控制作用,结合相应的二次设备完成微电网并网到离网,离网到并网的平滑过渡。该装置主要完... 详细信息

介绍了微电网概念的出现背景、研究现状和国家电网公司河南微电网示范系统的总体框架。微电网系统控制器在该试点工程中承担微电网和大电网的联结控制作用,结合相应的二次设备完成微电网并网到离网,离网到并网的平滑过渡。该装置主要完成的功能包括:孤岛检测功能、自动同期并网功能和保护测控功能。总结提炼了该装置的实现原理及相关判据。最后,在依托该项目的成果的基础上,提出了今后的研究重点和难点。

关键词：微电网分布式电源孤岛检测计划孤岛非计划孤岛

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基于广域相位比较的孤岛检测与孤岛保护研究

基于广域相位比较的孤岛检测与孤岛保护研究

作者：龚石磊昆明理工大学

学位级别：硕士

针对当前含分布式电源(DER)的有源配电网的结构特点与发展需求,DER并网运行在提高电力系统的稳定性与灵活性,改善电能质量的同时,也给电网带来诸如电压暂降、继电保护误动等新的问题,尤其是电力系统的非计划孤岛运行,有可能严重影响电... 详细信息

针对当前含分布式电源(DER)的有源配电网的结构特点与发展需求,DER并网运行在提高电力系统的稳定性与灵活性,改善电能质量的同时,也给电网带来诸如电压暂降、继电保护误动等新的问题,尤其是电力系统的非计划孤岛运行,有可能严重影响电力系统运行的稳定性,威胁电力设备安全甚至人身安全。因此,对于无法维持自身稳定的非计划孤岛状态,必须进行有效的孤岛保护,将DER切离配电网,尽可能缩短孤岛运行时间,避免引起一系列的安全隐患。而有效的孤岛保护依赖于快速可靠的孤岛检测,就目前常见的孤岛检测方法,均存在一定的缺陷与局限性,其中基于通信的远程检测法成本较高,经济性差,基于本地电气突变量的被动检测法在孤岛系统内功率匹配程度较高时存在检测盲区,基于向电网注入扰动信号的主动检测法对电能质量有一定的影响。本文基于对并网逆变器PQ恒功率输出控制模式的研究分析,建立额定频率下的并联RLC恒功率负荷模型,理论推导了DER并网与孤岛运行时的系统电压、频率变化特征及其受不平衡功率的影响,结果发现孤岛系统内的电压、频率变化与本地的负荷特性主要相关,这与具有恒定外特性的系统电网迥然不同。孤岛后的电压幅值变化主要由不平衡有功(ΔP)决定,ΔP越大,则电压幅值变化越大。孤岛后的频率变化受ΔP的影响较小,主要由不平衡无功(ΔQ)决定。对于有功匹配程度较高(ΔP较小)的情形,电压幅值变化较小,难以体现孤岛特征,而此时的ΔQ对孤岛系统频率的决定性影响依然显著。同时频率变化所带来的电压相位变化较之本身却更为突出,因此提出了基于广域相位比较的孤岛检测方法,由配电网母线侧与DER并网侧之间的电压相位差构成孤岛检测判据,两侧电压相位的同步测量与计算由馈线自动化终端(FTU)完成,并经快速通信系统实现信息交换。通过配置于配电网母线侧与DER并网侧的FTU,实现同步相量测量,实时测量计算两侧电压相位θs(t)与θDER(t),配电网侧FTU将带时标的θs(t)经快速通信系统传输至DER并网侧FTU,由此FTU进行两侧带同一时标的电压相位作差比较,并考虑一定的测量计算与通信误差,与设定的孤岛判定阈值θz比较,完成孤岛检测。DER并网侧FTU根据检测结果启动孤岛保护,断开DER并网开关,使其停止对外输出功率。建立基于Matlab的有源配电网孤岛检测仿真模型,仿真分析了DER并网与孤岛运行时的系统电压、频率及相位变化特征,排除了本地负荷突变与配网线路故障对孤岛检测的影响,同时基于本地负荷特性,充分考虑了不平衡功率差异对孤岛检测的影响。实验结果与理论分析相符,验证了本方法的正确性与适用性。

关键词：分布式电源非计划孤岛相位比较孤岛检测孤岛保护

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微网储能变流器的脱网平滑切换控制策略研究

微网储能变流器的脱网平滑切换控制策略研究

作者：徐菁远燕山大学

学位级别：硕士

随着微电网中分布式发电单元如风能、太阳能等的不断发展,其具有的随机性和波动性对电力系统的稳定性带来了许多不利影响。微电网中的储能系统具有平抑功率波动、削峰填谷的作用,能够增强电网的稳定性,其中的储能变流器(Power Conversio... 详细信息

随着微电网中分布式发电单元如风能、太阳能等的不断发展,其具有的随机性和波动性对电力系统的稳定性带来了许多不利影响。微电网中的储能系统具有平抑功率波动、削峰填谷的作用,能够增强电网的稳定性,其中的储能变流器(Power Conversion System,PCS)是整个储能系统核心部分,可以实现直流侧电源与交流侧电网的能量双向交互,并可根据电网运行状态切换到并网或孤岛模式。PCS的应用场景十分丰富,在工业园区、医院等需要大规模电站供电的场所常采用PQ控制模式联网运行,而在岛屿、山区等偏远地区常采用下垂控制为局部区域供电,但不论何种场景都需具备并/离网切换能力,以应对电网异常的情况。因此,不同应用场景下研究微电网中PCS的平滑切换具有重要现实意义,是本文研究的重点。在非计划孤岛下PQ-V/F双模式切换的脱网过程中,孤岛检测期间会产生不可控的电压冲击,本文通过分析切换过程中各输出电气量产生冲击的原因,提出了一种基于附加电流控制器和电压保持器的组合式平滑切换控制策略。并网运行时附加电流环与电感电流环共同调节并网电流;孤岛运行时附加电流环退出运行,电压控制器与电感电流环共同调节输出电压;孤岛检测期间电压控制器作为保持器与附加电流控制器配合。通过以上三部分控制配合可实现非计划孤岛下PCS的平滑脱网。由于微电网在可靠性、可拓展性等方面的要求越来越高,基于下垂控制的并联系统越来越成为新发展趋势,但因不同的系统控制器之间会产生交互影响使并联系统脱网时的平滑性难以实现。为了减小过渡期间的偏差,对控制器进行改进,将传统电压电流控制器中的输出电流前馈与电容器电流反馈分别添加到电压环路与电流环路。同时,为了提高系统的动态性能,实现模式之间稳定的过渡,将下垂控制与积分控制器和微分控制器结合。最后通过建立并联系统在不同运行模式下的小信号模型,分析得到了合适的积分系数与微分系数。最后,针对本文所提出两种应用情况下的两种PCS模式切换控制策略,在Simulink软件上分别进行了仿真验证。同时,采用了均以DSP为主控的二极管箍位型三电平逆变器实验平台与Star Sim HIL半实物实验平台。仿真和实验结果均证明了本文提出的控制策略能够实现PCS平滑脱网。

关键词：储能变流器平滑切换并联运行下垂控制非计划孤岛

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微电网无缝切换控制策略与特性研究

微电网无缝切换控制策略与特性研究

作者：王彦杰华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

常规能源如煤炭、石油等的消耗所带来的环境问题日益严峻,而当前社会对能源的需求日益增加。在此背景下,分布式能源如风能、太阳能的消耗越来越多,而且它们的特点是清洁可持续,对环境危害很小,将分布式能源以及储能和控制设备结合而构... 详细信息

常规能源如煤炭、石油等的消耗所带来的环境问题日益严峻,而当前社会对能源的需求日益增加。在此背景下,分布式能源如风能、太阳能的消耗越来越多,而且它们的特点是清洁可持续,对环境危害很小,将分布式能源以及储能和控制设备结合而构成小容量的微电网,在满足本地负载的同时,与主电网连接进行功率交换,其应用场合越来越广。并网时,微电网一般控制为电流源与主电网进行功率交换,如果非计划孤岛发生导致主电网断电,此时微电网中的敏感负载可能会因为主电网断电而导致供电质量受损。因此有必要研究相应的控制策略实现PCC点的无缝切换,以完成并网到孤网切换过程中PCC点电压的平滑过渡,保障敏感负载的良好供电质量。首先,本文对现有的微电网并网、孤网和两者间切换的控制策略做了充分研究。其次,通过对已有文献的分析,提出一种基于PCC点电压的无缝切换控制策略。并设计电压、频率限幅器和电感电流环、电压外环、前馈电压环的PI控制器参数,通过开环Bode图来说明参数选取的效果。在PISM中对不同阻值的负载进行并网到孤网的切换与孤网到并网重连仿真分析,在实验室的微电网实验平台中,根据仿真内容,完成并网到孤网的切换与孤网到并网重连物理实验,仿真和物理实验结果验证了基于PCC点电压的无缝切换控制策略的正确性。然后,提出一种基于电感参数设计的无缝切换控制策略。根据并网时输出电流与电网电压的夹角的不同,微电网变流器与主电网交换的功率以及流动方向也不同。通过查询国际协会与各国出台的PCC点电压对电网异常响应时间的标准,给出本章所采用的切换时PCC点电压允许波动的范围,基于该标准,考虑到实际工程中电感纹波与基波压降要求,根据微电网有功容量等参数给定变流器输出电感参数值,在该电感参数值下不改变控制策略也可完成无缝切换过程。最后,微电网含有多个变流器时,可以采用下垂控制来完成并网到孤网的无缝切换。并网时微电网运行于PQ控制,限幅器不起作用;孤网发生时,由于给定功率可能会与负载功率不匹配,使得限幅器起作用,电压和频率的限制值根据下垂关系修改功率参考指令值,完成PCC电压的无缝切换。孤岛检测到孤网后,状态运行开关切换到下垂控制,根据微电网容量与负载大小关系,合理分配功率,优化能源利用。并在PSIM软件中验证基于下垂控制的无缝切换控制策略。

关键词：微电网非计划孤岛电感参数无缝切换下垂控制

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低压直流配用电系统控制保护特性分析

低压直流配用电系统控制保护特性分析

作者：杨加成北京交通大学

学位级别：硕士

近年来随着分布式发电的大力推行以及直流负荷的广泛应用,使得依托于直流的配用电系统不断涌现,直流配用电系统不仅可以方便分布式电源与直流负荷接入系统,减少电能变换环节,降低损耗,同时还可以适当降低电压等级,提高用电安全性能。结... 详细信息

近年来随着分布式发电的大力推行以及直流负荷的广泛应用,使得依托于直流的配用电系统不断涌现,直流配用电系统不仅可以方便分布式电源与直流负荷接入系统,减少电能变换环节,降低损耗,同时还可以适当降低电压等级,提高用电安全性能。结合其经济价值以及安全性能,低压直流配用电方式在未来工业及民用建筑等常规领域中具有很大的应用潜力。本文以深圳未来大厦这一低压直流示范工程作为研究对象,对于源网荷储等设备的功率自主协调、系统非计划孤岛以及短路保护配置等方面进行深入研究。首先,对于低压直流配用电系统的一般结构,关键变换器的拓扑选型和适用场景以及系统工作模式进行了简单介绍,同时分析了民用建筑场景在系统功率调度、非计划孤岛应对措施以及短路保护配置等方面的需求和存在的问题。其次,针对前文提到的问题进行了相关调查和研究:(1)利用直流配用电系统中母线电压与系统功率之间的耦合关系,本文提出了一种电压带下垂控制方式,将系统工作电压范围划分为多个电压带,在不同电压带内由相应的设备负责功率调节,通过调整各变换器的下垂参数可满足系统对于不同工作模式的需求,使系统的功率调度变得简单、灵活,具备一定的推广应用价值;(2)系统发生非计划孤岛时,若功率裕量不足则会导致母线电压快速跌落,影响负荷的正常运行。本文提出,将负荷按照其重要程度划分用电优先级并配置相应欠压保护和延时环节,非计划孤岛发生后,通过切除非重要负荷来维持系统功率平衡,使母线电压稳定在正常工作范围内,最大限度保证了重要负荷的供电连续性;(3)系统在短路保护配置时,结合民用建筑对低成本,保护简单、可靠的需求,通过断路器与变换器之间的配合实现对系统的最简保护配置,对于电气距离较近,过渡电阻较大条件下的短路故障,本文提出利用短路故障穿越策略,在保证变换器不被损坏的前提下,通过其放电电流使得故障支路断路器脱扣,实现故障选线。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,对于上述控制保护设计方案进行仿真分析以及现场实验,为相关示范工程系统设计和测试提供有力支持。

关键词：低压直流配用电系统拓扑结构功率调度非计划孤岛短路故障穿越

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微电网的孤岛检测与孤岛划分

微电网的孤岛检测与孤岛划分

作者：牛冲宣天津大学

学位级别：硕士

地球资源的日益衰竭,环境的逐渐恶化,以及大电网所存在的缺陷,使得分布式发电技术(Distributed Generation——DG)得到迅速发展。微电网因其灵活、智能的控制,不仅解决了DG大规模并网的问题,充分发挥了DG的效能,提高了供电可靠性,而且... 详细信息

地球资源的日益衰竭,环境的逐渐恶化,以及大电网所存在的缺陷,使得分布式发电技术(Distributed Generation——DG)得到迅速发展。微电网因其灵活、智能的控制,不仅解决了DG大规模并网的问题,充分发挥了DG的效能,提高了供电可靠性,而且无污染,投资少,是现今超高压、远距离、大电网供电模式的有效补充,代表着未来配电网的发展趋势。为了充分发挥微电网运行的优势,充分利用DG的发电能力,提高系统供电可靠性,应尽可能的实现并网运行模式与孤岛运行模式的无缝切换。而非计划孤岛运行状态的出现,可能会导致微电网内功率平衡的破坏,进而影响系统稳定,因此研究微电网中的孤岛检测、孤岛划分具有重要的现实意义。目前,孤岛检测方法主要分为三类:被动检测方法、主动检测方法以及开关状态检测方法。被动检测方法实现简单,不影响电能质量,但是检测盲区大,而且门槛值难以设定;主动检测方法检测盲区较小,灵敏度高,但会影响电能质量;开关状态检测方法,基于通信通道,成本高,但随着智能电网的发展,会有很大的发展潜力。本文首先分析了现有的孤岛检测方法的优缺点,以及逆变器功率输出与负载负荷相接近时,不易检测出孤岛的原因,然后依据主动检测方法的特性,提出了基于频率-无功反馈的逆变器孤岛检测方法。通过研究逆变电源的控制以及反馈原理,采用abc-dq0变换实现频率-无功反馈与dq0变换相结合的逆变器孤岛检测方法,即间接增加逆变器无功输出与无功负荷的不匹配程度,引起微网频率变化,使之能够有效检测孤岛。经过理论分析以及PSCAD的仿真结果证明,此检测方法实现简单,能够有效减小检测盲区,并且适用于多逆变器,对电能质量只有微弱影响。本文了还介绍了孤岛划分的两种方式:计划孤岛划分和动态孤岛划分,并针对现有的问题,提出了新的研究方向。

关键词：微电网计划孤岛非计划孤岛孤岛检测孤岛划分