特邀专栏

特邀专栏：微电网功率变换与稳定控制



客座编辑：徐海亮  副教授 (中国石油大学(华东))

          帅智康  教授 (湖南大学)

          李武华  教授 (浙江大学)

近年来，随着化石能源危机和环境污染问题的日益严峻，开发利用新能源已成为人类社会可持续发展的必由之路。微电网作为风能、光伏等间歇式新能源规模化开发利用的重要手段，近年来获得极大关注。尽管近几年能源互联网、泛在电力物联网等新概念、新技术层出不穷，但微电网依然是目前公认的最具商业化开发前景的新能源并网和消纳方式。围绕微电网的拓扑架构与运行控制、功率变换器与调制技术、系统建模与稳定性设计、电能质量与能量管理等方面，国内外学者已经并且正在产出大量富有创新性的研究成果。为了集中展示微电网技术的最新研究成果，《电气工程学报》特别推出“微电网功率变换与稳定控制”专栏，以飨读者。

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1. 微电网运行控制技术要点及展望 * 徐海亮,张禹风,聂飞,孟志远,李志 电气工程学报    2020, 15 (1): 1-15.   DOI: 10.11985/2020.01.001 摘要 （1074）   HTML （142）    PDF（pc） （6682KB）（1009）    可视化    收藏 近年来,微电网技术作为提高新能源接入稳定性和可靠性的重要技术手段得到了广泛关注。聚焦微电网运行控制技术的最新进展,对国内外相关研究进行了梳理归纳,包括微电网拓扑结构的多元化、源荷不确定性、功率变换器的多样性以及通信方式的取舍等技术难点,微电网运行控制策略与规划方案耦合设计、微电网内部及单元间交互稳定性、虚拟同步控制与频率调节以及先进功率变换等技术关键,以及典型的微电网运行控制技术及其优缺点。最后,对下一步微电网运行控制的研究动向等进行了分析,以期充分展示该技术领域的最新研究成果,并对后续研究进行探讨和展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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2. 含异步电动机的孤岛微电网暂态稳定性问题研究 易相彤,赵峰,程慧婕,帅智康,沈征 电气工程学报    2020, 15 (1): 16-22.   DOI: 10.11985/2020.01.002 摘要 （694）   HTML （56）    PDF（pc） （3611KB）（703）    可视化    收藏 微电网是一个复杂供电网络,其内部负荷类型多样,大量动态负荷(如异步电动机)的接入必然会对微电网暂态稳定性产生不可忽略的影响。以一简单孤岛微电网系统为例,针对异步电动机负荷对其暂态稳定性的影响进行研究。通过介绍微电网中微源与异步电动机负荷的模型,分析了异步电动机带不同机械负荷类型时的暂态失稳过程。在PSCAD/EMTDC中搭建了相应仿真模型,通过时域仿真得到了异步电动机的极限故障切除时间,且发现在故障持续时间相同时,与等值的恒阻抗负荷相比,带异步电动机负荷时系统已经暂态电压失稳。此外,还通过仿真分析了不同参数对极限故障切除时间,以及多异步电动机对微电网暂态稳定性的影响。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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3. 基于旋转坐标变换的孤岛微网群广义下垂控制策略 张芮漩,周念成,孟潇潇 电气工程学报    2020, 15 (1): 23-28.   DOI: 10.11985/2020.01.003 摘要 （580）   HTML （13）    PDF（pc） （8193KB）（238）    可视化    收藏 微网群由多个电源和负荷集群构成,其控制设计较为复杂,分析孤岛微网群之间的联络线阻抗对两者交互功率控制的影响。考虑到微网群直接使用广义下垂控制策略不可行的问题,通过利用微网群结构简化及联络线阻抗约束,提出了一种微网群结构变换下的改进广义下垂控制策略。该策略基于坐标旋转理论,在任意的线路阻抗比之下,能够实现功率解耦控制、频率无差调节和有功功率均分,进而保证微网群运行的稳定性并提升系统动态响应。最后对提出的控制策略进行仿真分析,仿真结果证明所提控制策略具有可行性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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4. 下垂控制微电网的无功补偿失稳机理及抑制对策 施云杰,冯夏云,汪飞,张笠君,李玉菲 电气工程学报    2020, 15 (1): 29-35.   DOI: 10.11985/2020.01.004 摘要 （562）   HTML （10）    PDF（pc） （12461KB）（98）    可视化    收藏 出于线路经济运行与传输损耗的要求,就孤岛微电网的无功补偿,研究了基于下垂控制的孤岛微电网采用无功补偿电容器进行无功补偿时的谐振问题。首先,采用小信号分析法建立了下垂控制逆变器输出阻抗模型,揭示了下垂功率控制环(主要是Q-U控制参数)仅影响逆变器低频段输出阻抗。然后,基于阻抗的稳定性判据分析了采用电容器进行无功补偿时的孤岛微电网稳定性问题。研究表明,采用电容器进行无功补偿时,将使系统失稳。最后提出在电流内环中引入电容电流反馈控制,实现输出阻抗重塑,抑制谐振,并设计了一台3 kW变换器,验证了所建输出阻抗模型及谐振抑制方法的正确性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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5. 基于可再生能源与储能系统的微电网模型及其优化运行仿真研究 丁宇劼 电气工程学报    2020, 15 (1): 36-40.   DOI: 10.11985/2020.01.005 摘要 （653）   HTML （8）    PDF（pc） （3687KB）（464）    可视化    收藏 随着新能源发电的广泛应用,微电网的经济效益是实现环境友好型供电的关键因素。各学者对微电网模型进行了大量研究,但现有模型未能体现可再生能源在微电网运行中的重要作用。因此,一个基于可再生能源与储能系统分析微电网产储电模型被提出,为了满足最小成本和二氧化碳排放量的需求,对微电网中电能的产生、存储和生产成本进行了详细分析。该微电网包含一个光伏发电厂、一个风力发电机、作为发电设备的柴油和燃气发电机,以及作为储能设备的电池储能系统和一个小型水力蓄水池。利用FICO Xpress编程优化工具对配电网中的微电网进行了电能生产和储存过程的仿真研究。结果表明,使用储能系统可以大大减少火电机组的发电量,也有助于降低火电机组的运行成本。此外,仿真结果符合所提出的用于分析微电网中的电力生产和存储的模型。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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6. 基于自适应转动惯量VSG的微电网稳定控制 朱作滨,黄绍平 电气工程学报    2020, 15 (1): 41-47.   DOI: 10.11985/2020.01.006 摘要 （536）   HTML （7）    PDF（pc） （8783KB）（390）    可视化    收藏 为了深入分析自适应转动惯量虚拟同步机(Virtual synchronous generator,VSG)控制对微网频率稳定性作用机理,在常规VSG数学模型的基础上,利用同步发电机的功角特性曲线及转子角速度振荡周期曲线,分析了自适应转动惯量对微电网频率稳定作用机理,并对自适应转动惯量VSG控制策略进行稳定性分析及关键参数整定设计。分析结果表明,在负荷扰动情况下,采用自适应转动惯量的VSG控制策略系统的稳定性和动态性能较好。相比常规的VSG控制策略,该方法频率波动明显得到抑制,输出功率响应性得到加快。最后,建立自适应转动惯量VSG控制策略仿真模型,通过仿真验证了该方法的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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7. 基于动态虚拟复阻抗的微网下垂控制策略 范必双,魏国强,李泽扬,姚淦洲 电气工程学报    2020, 15 (1): 48-54.   DOI: 10.11985/2020.01.007 摘要 （437）   HTML （5）    PDF（pc） （17609KB）（60）    可视化    收藏 输出功率均分与系统间环流抑制是并联逆变器控制的热点问题。由于低压微网系统输电线路以阻性为主,将逆变器自身输出阻抗设计呈以阻性为主,使微网系统等效输出阻抗呈阻性,提升了有功电压无功频率PV-QF下垂方式的适用性,实现了有功功率与无功功率的解耦控制。在分析环流的产生和影响因素后,提出动态虚拟复阻抗方法对输出电压进行动态反向调整,从而对环流进行抑制,并提高系统动态响应,减小了并联冲击。最后通过搭建仿真模型,验证了所提方法的可行性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价