计及异构多机耦合和结构时变特征的微电网暂态同步稳定机理与控制研究
批准号:
52107194
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
彭也伦
依托单位:
学科分类:
电力电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭也伦
中文摘要
可再生能源通过逆变器接入微电网,利用锁相环或功率同步环等同步控制策略实现并网同步,其同步机制与同步发电机存在显著差别。受暂态过程中多微源、多控制回路交互耦合与逆变器控制切换特征的影响,微电网在短路故障、负荷投切等大扰动下易发生暂态同步失稳问题。针对此问题,本项目拟从建模方法、机理分析、稳定控制三个层面开展微电网的暂态同步稳定问题研究。首先,考虑宽时间尺度内的系统动态交互,构建精确描述暂态同步过程的高可信度降阶简化模型;之后,计及多类型微源耦合与控制结构时变特征,揭示微电网的暂态同步失稳成因及影响因素;同时,基于切换哈密顿系统理论得到同步稳定性判据,定量分析同步稳定裕度及其关键影响因素;最后,提出分阶段、多层级的同步稳定控制策略,协调各类型微源提升微电网的暂态同步稳定性。本项目成果将为微电网的暂态稳定运行提供理论基础,并促进电力电子化电力系统和飞机、船舶等独立供电系统的暂态问题研究。
英文摘要
Distributed micro-sources are connected to the micro-grid through power electronic inverters, and use synchronization control strategies such as phase-locked loops or power control loops to achieve grid-connected synchronization. The synchronization mechanism of micro-sources is significantly different from that of synchronous generators. The coupling effect between different types of micro-sources and inverter control switching can easily lead to transient synchronization instability issues under large disturbances such as short-circuit faults. This project intends to research on the analysis and control of synchronization and stability between multiple micro-sources in microgrids. First, establish a reduced-order simplified model that accurately describes the transient synchronization process. Then analyzes the transient synchronization stability considering the coupling of heterogeneous multi-machines and control switching, the mechanism of synchronization instability between micro-sources is obtained, stability criteria are obtained based on the switching Hamiltonian system theory, and the key factors affecting synchronization stability margin are revealed. Finally, the system-level synchronization control of microgrid is studied, through the construction of a multi-level control framework, various types of micro sources are coordinated to improve the transient synchronization stability of microgrids. The research of this project will improve the stable operation of microgrids under large disturbances, promote the research of distributed power generation and microgrids, and guide the application of microgrids.
微电网为消纳分布式能源的重要解决方案,具备供电可靠、灵活高效等特点。对于交流微电网,实现稳定运行的前提是维持所有电源同步。但微电网由于自身容量较小、且部署地区的运行环境较为恶劣,在负载投切和短路故障等大扰动冲击下存在暂态同步失稳的风险。近期报道出现了多次有关微电网因暂态失稳导致的新能源机组切除和系统崩溃事故。暂态同步失稳问题使得微电网难以保持长期地稳定、可靠运行,制约了微电网工程的推广与应用。经过前期调研与探索,发现两方面的因素导致微电网暂态同步稳定性的恶化。首先,异构多机、多控制回路的交互耦合干扰同步控制回路的动态性能;同时,逆变器在暂态过程的控制切换使得微电网具有结构时变特征,导致同步稳定裕度的缩减。为此在本项目围绕暂态同步稳定机理与稳定控制问题开展研究工作:1)构建了结构通用化异构多机等值电路模型,提出了同步过程等效转换的扩展等面积暂态同步稳定分析方法,揭示同步发电机与构网型变换器、构网型与跟网型变换器暂态同步失稳机理及关键因素,构建了考虑变换器控制切换过程的同步稳定性分析统一分析模型,用于定量评估微电网稳定性;2)研究考虑强非线性动态的微电网同步稳定性判据,在同步稳定物理机理基础上,提出稳定机理-时序数据联合驱动稳定性量化评估方法,将控制环路等效时间常数赋值于循环GRU神经网络超参数,精确预测虚拟功角轨迹,在线判断系统稳定裕度,构建了基于Takagi–Sugeno(T-S)模糊模型的能量函数稳定性判据;3)提出了多层级分阶段系统级暂态同步稳定提升方法,将多机同步稳定过程分解为瞬时功率响应、同步相位追踪、振荡协同抑制等环节,引入拉塞尔不确定集理论构建多类型并网变换器的暂态能量函数集,提出了组网型变换器的虚拟振子同步控制策略与具备全局稳定性的稳定控制方法。本项目所得相关理论和方法可以解决制约微电网长期稳定运行的关键技术难题,提高我国在分布式与微电网技术领域的核心竞争力。
翼阵一体化卫星分布式原位供电技术研究
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批准号:2025JK2056
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:彭也伦
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依托单位:
孤岛微电网的异构型微源间暂态协调控制研究
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批准号:2021JJ40085
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:彭也伦
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依托单位:
国内基金
海外基金