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中国电力 2025年

作者：王力蒋宇翔曾祥君赵斌李均昊长沙理工大学电气与信息工程学院长沙理工大学电网防灾减灾全国重点实验室湖南理工学院眉山市特种设备监督检验所

随着分布式电源大量接入微电网，可再生能源发电波动性和系统随机扰动给孤岛微电网频率稳定和运行控制带来了严重威胁，为此提出基于深度强化学习的二次频率控制方法。分析孤岛微电网下垂控制特性，提出了基于深度Q网络的二次频率控制... 详细信息

随着分布式电源大量接入微电网，可再生能源发电波动性和系统随机扰动给孤岛微电网频率稳定和运行控制带来了严重威胁，为此提出基于深度强化学习的二次频率控制方法。分析孤岛微电网下垂控制特性，提出了基于深度Q网络的二次频率控制器结构。将频率偏差作为状态输入变量，依次完成深度Q网络算法中状态空间、动作空间、奖励函数、神经网络和超参数的设计，其中奖励函数兼顾了频率恢复和各分布式电源功率分配的目标，实现各智能体动作选择一致性；通过离线学习训练生成深度强化学习二次频率控制器。在Matlab/Simulink中搭建孤岛微电网仿真模型，设置多场景源荷扰动验证控制器性能。结果表明，与传统PID控制和基于Q学习算法控制器相比，本文所提控制方法能够快速实现更稳定的二次频率控制，并能自适应协调各分布式电源按自身容量进行功率分配，确保系统稳定运行。

关键词：深度强化学习孤岛微电网下垂控制深度Q网络二次频率控制功率分配

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基于模糊分数阶PID的含电动汽车的多能源微电网二次频率控制

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电力自动化设备 2021年第11期41卷 74-80页

作者：项雷军陈昊郭新华杨一凡华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021

为了解决分布式可再生能源间歇性发电和电动汽车接入微电网导致的微电网频率波动问题,针对含电动汽车接入的多能源微电网系统,设计了一种基于模糊自适应理论的分数阶比例-积分-微分(PID)二次频率控制器,通过建立模糊控制规则,结合频率... 详细信息

为了解决分布式可再生能源间歇性发电和电动汽车接入微电网导致的微电网频率波动问题,针对含电动汽车接入的多能源微电网系统,设计了一种基于模糊自适应理论的分数阶比例-积分-微分(PID)二次频率控制器,通过建立模糊控制规则,结合频率偏差对模糊分数阶PID控制器参数进行实时在线整定。考虑光伏发电和风力发电输出功率波动、电动汽车接入微电网、随机负荷扰动3种不同场景,对所提出的模糊分数阶PID控制方法进行了仿真验证与量化分析。仿真结果表明,相比于传统PID控制器和分数阶PID控制器,所设计的模糊分数阶PID控制器使得系统频率响应振荡减少、超调量明显降低、动态调节时间更短,呈现出更强的抗扰动能力和鲁棒性,对于多能源微电网的二次频率调节具有优良的控制效果。

关键词：微电网电动汽车二次频率控制模糊分数阶PID 参数整定

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考虑负荷动态变化的孤岛微电网二次频率控制

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电子测量与仪器学报 2024年第6期38卷 213-224页

作者：刘鹏辉郑克影朱军戴瑜兴河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454003 广东志成冠军集团有限公司东莞523711 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室焦作454003

传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)二次调频策略未考虑负荷动态变化时频率偏差持续变化引发的积分器不断累加,易导致VSG调频效果不佳甚至引发频率振荡问题。针对此问题,提出了一种基于负荷扰动模态辨识和VSG自适... 详细信息

传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)二次调频策略未考虑负荷动态变化时频率偏差持续变化引发的积分器不断累加,易导致VSG调频效果不佳甚至引发频率振荡问题。针对此问题,提出了一种基于负荷扰动模态辨识和VSG自适应调整的孤岛微电网二次频率控制策略。首先,分析了传统VSG二次调频策略在负荷动态变化场景中存在的问题。然后,利用负荷功率特征数据实时辨识负荷扰动模态;当判定负荷扰动属动态变化模态后,以一二次调频阈值与有功变化阈值为边界,根据系统频率偏移量自适应调整VSG参数与虚拟调速器结构,实施微电网频率的跟踪调节。之后,通过建立小信号模型分析了积分器引入及VSG参数自适应调整情况下的系统稳定性。最后,仿真测试结果验证了所提频率控制策略的可行性。在相同条件下,相比于几种已有策略,所提策略将微电网二次频率波动范围限制在0.0173 Hz以内,在减小频率偏移量方面更具优势。

关键词：负荷扰动模态辨识二次频率控制自适应调整虚拟同步发电机

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基于固定时间一致性算法的孤岛微电网事件触发二次频率控制

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 112-120页

作者：于永进吴健鹏孙国强樊英杰山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590

微电网传统一致性算法抗扰能力差、调节时间无法得到保证,控制器周期采样造成大量数据冗余,因此提出一种基于固定时间一致性算法的事件触发机制,实现了输出频率的恢复和有功功率按比例分配。所提出的控制策略提高了系统的收敛速度,实现... 详细信息

微电网传统一致性算法抗扰能力差、调节时间无法得到保证,控制器周期采样造成大量数据冗余,因此提出一种基于固定时间一致性算法的事件触发机制,实现了输出频率的恢复和有功功率按比例分配。所提出的控制策略提高了系统的收敛速度,实现了固定时间内系统稳定,减小了对系统初始状态的依赖。同时,引入事件触发机制,通过减少采样信息的传输节约了通信资源。利用Lyapunov理论证明了所提控制策略的稳定性。Matlab/Simulink仿真结果验证了本研究所提控制策略的有效性。

关键词：孤岛微电网事件触发控制固定时间一致性算法二次频率控制

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通信延迟下的分布式孤岛微电网有限时间二次频率控制

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控制工程 2024年第9期31卷 1561-1571页

作者：冯宜伟刘顺民兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050

针对孤岛微电网中存在通信延迟的频率恢复问题,研究了孤岛式微电网的分布式二次频率控制,提出了一种最优分布式控制策略。该策略的显著特征在于考虑了所设计的控制器中存在通信延迟的情况,通过在最优分布式控制中加入延迟补偿项,进一步... 详细信息

针对孤岛微电网中存在通信延迟的频率恢复问题,研究了孤岛式微电网的分布式二次频率控制,提出了一种最优分布式控制策略。该策略的显著特征在于考虑了所设计的控制器中存在通信延迟的情况,通过在最优分布式控制中加入延迟补偿项,进一步降低了对通信网络的依赖。与传统控制方法相比,所提策略在有限时间内消除了频率偏差并实现了有功功率分配,系统的可靠性得到了进一步提高。最后在MATLAB/Simulink环境下构建了由4个分布式电源(distributed generator,DG)单元组成的孤岛微电网测试系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。

关键词：通信延迟二次频率控制分布式最优控制有限时间稳定孤岛微电网

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基于递推最小二乘法独立微电网自适应类二次频率控制

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电测与仪表 2019年第15期56卷 77-83页

作者：钟诚张毅王健东北电力大学电气工程学院

独立微电网为维持频率恒定,需要增加二次频率控制,但常规二次频率控制存在动态特性慢和需要通信的缺点。为此,提出了类二次频率控制策略,该方法不严格的区分下垂控制和二次频率控制,通过递推最小二乘法自适应调制下垂系数,加快系统频率... 详细信息

独立微电网为维持频率恒定,需要增加二次频率控制,但常规二次频率控制存在动态特性慢和需要通信的缺点。为此,提出了类二次频率控制策略,该方法不严格的区分下垂控制和二次频率控制,通过递推最小二乘法自适应调制下垂系数,加快系统频率恢复速度,且无需通信。以海南某实际微电网为原型建立仿真系统,对比结果验证了所提方法的有效性。

关键词：独立微电网下垂控制二次频率控制自适应无通信

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基于等效模型辨识的微电网自适应二次频率控制策略研究

基于等效模型辨识的微电网自适应二次频率控制策略研究

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作者：白巴特尔（Bater Bai）合肥工业大学

学位级别：硕士

孤岛微电网系统中,频率的动静态性能是系统可靠稳定运行的重要保障,通常采用基于底层逆变器的一次调频控制和基于中央控制器(MGCC)的二次调频控制相结合的方法来维持系统的频率质量。微电网逆变器的下垂控制策略相当于电力系统中的一次... 详细信息

孤岛微电网系统中,频率的动静态性能是系统可靠稳定运行的重要保障,通常采用基于底层逆变器的一次调频控制和基于中央控制器(MGCC)的二次调频控制相结合的方法来维持系统的频率质量。微电网逆变器的下垂控制策略相当于电力系统中的一次调频环节,属于有差调节,为了实现频率的无差调节,可以通过基于PI调节器的集中式二次频率控制来改变系统中多个调频单元的输出功率,但是微电网中发电单元的投入和切出均会导致系统模型和参数发生变化,固定的二次调频控制器参数显然无法保证系统频率在各种运行工况下始终保持良好的动态性能,因此,本文以辨识为手段,根据实时在线辨识的微电网等效模型和参数,自适应修正二次调频控制器参数,从而提高二次调频控制器的适应性,具体的工作内容如下:首先对比分析了孤岛微电网中两种典型的组网控制策略:下垂控制和虚拟同步发电机(VSG)控制,得到了VSG控制是一种特殊的下垂控制的结论;阐述了基于PI控制的微电网二次调频控制策略,并提出了PI控制器参数对微电网中逆变器机组发生投入切出等变动时适应性差的问题,为后续基于模型辨识的自适应二次调频的提出做铺垫。然后研究了单台微电网逆变器模型的离线辨识过程,提出了逆变器模型辨识的总体框架,并且分别从激励方式、数据采样、模型辨识结构以及离线模型辨识算法等角度进行了详细分析,在MATLAB/Simulink仿真环境下验证了逆变器离线模型辨识的正确性;阐述了传统电力系统同步机组网时在特定条件下系统的等效阻尼和惯量具有叠加特性的原理,从理论上证实了多台组网逆变器等效为单台VSG模型的可行性,由于商业逆变器模型和参数的未知性,在等值机模型的基础上,提出了微电网系统模型在线辨识方法,并进行了仿真验证,为二次调频自适应控制提供了模型基础。最后针对基于PI控制的二次调频对微电网系统模型的适应性差的问题,结合多逆变器和MGCC的二次调频建立系统的详细数学模型,根据自控原理中最优系统极点配置思想对系统的极点进行优化配置,获取PI参数根据在线模型辨识结果进行自适应调节的关系式,确保二次调频在各种系统模型变化情况下始终具有良好的动态响应性能,并通过仿真验证了所提出的二次调频控制策略在微电网的不同运行工况下都具有良好的适应性。

关键词：二次频率控制等效模型辨识自适应孤岛微电网

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适用于孤岛微电网的虚拟同步发电机自适应惯性与二次频率控制

适用于孤岛微电网的虚拟同步发电机自适应惯性与二次频率控制

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作者：周杨华南理工大学

学位级别：硕士

含高比例可再生能源的孤岛微电网因旋转质量小、惯性水平低,频率稳定性面临极大挑战。在迫切需要提高系统惯性水平的背景下,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术应运而生。目前,VSG的研究还存在如下四个方面的问题:... 详细信息

含高比例可再生能源的孤岛微电网因旋转质量小、惯性水平低,频率稳定性面临极大挑战。在迫切需要提高系统惯性水平的背景下,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术应运而生。目前,VSG的研究还存在如下四个方面的问题:(1)转速偏差及其变化率在调节电压型VSG虚拟惯性时的利用尚不充分;(2)现有控制方法难以有效应对电压型VSG的电流越界问题;(3)现有电压型VSG二次频率控制方法尚存局限;(4)尚未设计含多类型VSG微电网的二次频率控制系统。为解决上述问题,本文围绕适用于孤岛微电网的VSG频率控制展开研究,着重探讨了VSG的自适应惯性控制和二次频率控制。主要研究工作如下:1)提出了适用于电压型VSG的自适应虚拟惯性控制方法。分析了受扰系统频率动态过程中转速偏差及其变化率的状态,分别构建了它们与虚拟惯性之间的函数关系,并对两函数关系采用加权和的方式以自适应调整电压型VSG的惯性大小;利用双曲正弦函数放大采集的转速偏差及其变化率信号,提高控制的灵敏度;引入sigmoid函数,限制虚拟惯性的调节范围,抑制控制过程中VSG输出功率的振荡。仿真验证了所提惯性控制方法的有效性,该方法能够减小频率波动并抑制功率振荡。2)提出了电压型VSG与电流型VSG之间双模式切换控制方法。阐述了该切换控制方法的基本思路及切换时所需满足的条件,在此基础上,分别介绍了从电压型VSG切换到电流型VSG的控制方法、从电流型VSG切换到电压型VSG的控制方法,并给出了双模式切换控制方法的综合实施步骤。仿真验证了所提双模式切换控制方法的有效性。3)提出了VSG分布式二次频率控制方法,以适用于电压型VSG未发生电流越界的情况。从系统频率发生波动的根本原因出发,将系统频率恢复问题转化为系统有功功率再平衡问题,建立了关于系统有功功率不平衡量的优化目标函数,利用各台VSG的频率偏差及其变化率估计系统有功不平衡量,实现了多电压型VSG之间的有功功率均分。仿真表明,与现有方法相比,所提二次频率控制方法可耐受一定的通信延时,能够较快恢复频率并减小频率波动。4)针对3)中方法在电压型VSG发生电流越界情况下的局限性,提出了基于改进自抗扰控制的多类型VSG集中式二次频率控制方法。给出了集中式控制方法的框架,阐述了电压型VSG发生电流越界和不发生电流越界两种情况下集中式控制方法的思路。分析了传统自抗扰控制中扩张状态观测器存在的问题,利用高斯误差函数设计了一种改进的扩张状态观测器,与传统扩张状态观测器相比,所提扩张状态观测器具有更优的观测性能。从系统有功功率供需平衡的角度出发,设计了基于改进自抗扰控制的集中式二次频率控制系统,通过实时估计并补偿系统的有功不平衡量,将该不平衡量按照容量的比例下发给各电压型VSG,保证电压型VSG之间的功率均分,并实现系统频率的恢复。与3)中所提的二次频率控制和基于传统自抗扰控制的集中式二次频率控制方法相比,所提集中式控制方法可有效减小频率波动、显著提高频率稳定性。

关键词：虚拟同步发电机自适应惯性控制双模式切换控制二次频率控制自抗扰控制孤岛微电网

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虚拟同步化微电网建模分析与鲁棒频率控制

虚拟同步化微电网建模分析与鲁棒频率控制

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作者：胡文强东南大学

学位级别：博士

随着微电网中逆变型分布式电源的增多,微电网整体惯性水平下降,影响微电网频率、电压的稳定。虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)控制使并网变流器模拟同步机的输出特性,在微电网频率、电压异常情况下主动提供惯性有功、无功... 详细信息

随着微电网中逆变型分布式电源的增多,微电网整体惯性水平下降,影响微电网频率、电压的稳定。虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)控制使并网变流器模拟同步机的输出特性,在微电网频率、电压异常情况下主动提供惯性有功、无功功率响应,提高微电网的惯性与阻尼水平。若微电网中全部逆变型发电单元与整流型可控负荷均采用VSM控制,即以虚拟同步化微电网(virtual synchronous microgrid,VSMG)的方式运行可能存在的问题,且与传统的下垂控制微电网(droop microgrid,DMG)相比在稳定性与动态特性上的差异,有待深入讨论与分析。此外,由于频率在微电网之间的耦合特性,对于多个VSMG聚集构成的VSMG群(VSMG cluster,VSMGC)系统,其二次频率调节需在群级尺度上重新考虑,以协调VSMG之间的频率恢复过程。对此,本文综述了VSM单机控制与应用、微电网建模分析与降阶、微电网(群)二次控制方面的国内外研究现状,针对当前VSM在微电网应用中存在的问题与不足,沿“VSM-VSMG-VSMGC”的路线,开展了以下研究工作:1)梳理了VSM基本控制策略并提出VSM低电压穿越控制与电能质量复合控制方法。VSM低电压穿越控制方法在电网对称与不对称故障条件下,持续提供惯性功率支撑,故障结束后可减轻对电网的暂态冲击。电能质量复合控制方法使VSM惯性响应电网频率、电压变化的同时,有效补偿负载电流中的谐波、无功以及不平衡分量,提高入网电流电能质量。2)提出了计及动态性能的VSM单机控制参数整定方法。通过建立VSM功率响应动态模型,分析VSM参与电网调节机理,推导VSM参与电网调频、调压的传递函数模型。进而在保证VSM有功环、频率环、无功环稳定性前提下,提出考虑VSM动态性能的控制参数整定方法,使VSM惯性功率调节时间与电网一次调频、区域电压控制响应时间相配合。3)建立了VSMG全阶非线性数学模型与全阶小信号模型,参与因子分析表明VSMG慢动态主要受同步机和VSM功率控制相关状态变量的影响。比较了VSMG和DMG的小信号稳定性与频域、时域动态特性,VSMG对负荷扰动和参数变化的鲁棒性明显优于DMG,具有更好的小信号稳定性;VSMG在孤岛时负荷功率、并网时电网频率电压扰动下,均表现出更为良好的动态与稳态响应。4)提出了适用于VSMG系统的等效同步机(eqivalent synchronous generator,Eq SG)模型降阶方法。根据VSMG慢动态特性提出Eq SG模型结构,基于灰箱系统辨识技术,以交替迭代的方式最小化线性Eq SG模型与VSMG全阶小信号模型之间时域动态响应误差,实现Eq SG模型(降阶模型)与VSMG模型的动态等效。与平衡变换法、奇异摄动法、极点聚类法三种代表性模型降阶方法的比较表明,Eq SG法在VSMG模型降阶中具有更好的低频段匹配效果和时域响应拟合度。Eq SG模型的状态变量具备等效物理意义,在小扰动场景下可代替VSMG全阶数学模型参与电力系统时域仿真研究。5)提出了基于等效建模的VSMGC鲁棒二次频率控制设计方法。利用Eq SG模型建立VSMGC等效模型,进而将等效建模以及模型线性化引起的建模误差以非结构化不确定性的形式引入群系统模型。提出适用于低压微电网群的分布-集中式控制结构,采用结构化μ综合法设计二次频率控制律,实现在控制器结构给定、系统模型含非结构不确定性条件下控制的鲁棒性。引入基于事件触发的通信机制,降低二次频率控制对通信带宽的需求。通过构造Lyapunov函数以及求解线性矩阵不等式获取事件触发参数,保证引入事件触发后的鲁棒稳定性。该方法在实现VSMGC频率协调恢复的同时对负载与可再生能源功率扰动、通信延时与丢包、单通信链路或控制器故障具有良好的鲁棒性。

关键词：微电网虚拟同步机小信号建模模型降阶鲁棒控制二次频率控制

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微型电网频率与电压稳定控制研究

微型电网频率与电压稳定控制研究

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作者：林艳艳杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着石油、天然气等传统能源的日益匮乏,新能源成为今后发展的重点对象。而微电网技术的发展成为新能源利用的有效途径。对于微电网而言,其内部自然变动电源输出功率的间歇性和不确定性以及负荷波动的随机性,均可导致微网内的有功功率... 详细信息

随着石油、天然气等传统能源的日益匮乏,新能源成为今后发展的重点对象。而微电网技术的发展成为新能源利用的有效途径。对于微电网而言,其内部自然变动电源输出功率的间歇性和不确定性以及负荷波动的随机性,均可导致微网内的有功功率和无功功率不平衡,从而影响微网系统的频率和电压。因此,有必要采取措施进行频率控制和电压控制。一般情况下,微电网具有三种运行状态:并网运行状态、离网运行状态(孤岛)以及离并网切换状态。本文对重点对并网状态、孤岛状态下的频率和电压控制进行研究。第三章对微网频率控制问题进行了研究,提出了基于微网功率管理器的孤岛微网频率控制策略,通过微网功率管理器实现调节功率的计算、修正及分配,调整微网DG出力。在微网功率管理器修正环节,文中提出的两种调节功率的修正方法,分别为滚动平均法和分段平均法,均可以实现频率的稳定控制。不同的只是DG的输出变化,相对而言,通过滚动平均法获得的频率控制效果更为合理。第四章对微网电压的控制进行了研究,提出了孤岛微网电压二次调整的控制策略。因电压的调整与无功功率控制密不可分,文中分别在电压控制、无功功率控制和电压—无功功率控制三种目标下进行了电压二次调整研究。文中详细分析这三种电压控制的原理并进行仿真分析。研究表明,三种电压控制策略的效果存在较为明显的差异,应根据实际的系统需求选择适合的控制目标。第五章对并网运行微网的频率和电压控制进行了研究,提出了以背靠背型换流器作为并网装置的并网点定功率控制策略:公网侧USC采用的是直接电流控制以维持中间直流环节电压的稳定;微网侧MSC采用恒功率控制,维持输出功率的恒定。并网微网的频率和电压控制仍通过有功和无功功率控制实现,此时需要将微电网管理器设计成有功功率管理子系统和无功功率管理子系统。微网功率管理器采集实时频率和电压信号,生成并分配需要调节的功率,实现并网点的定功率控制。利用所提的控制策略,对大负荷的投切、微电网离并网切换进行了模拟,研究表明,以上情况下,微网均可保持频率及电压的稳定。

关键词：微电网背靠背型换流器功率管理器二次频率控制电压调整定功率控制

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