下垂控制

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性，但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。为此，文中提出一种计及频率变化率（rate of change of frequency，ROCOF）与转子动能的自适应下垂控制策略，充分利用转子动能参与调频，确保风机稳定运行。首先，根据系统频率情况，将ROCOF划分区间，通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数，确保风电机组在扰动初期释放更多能量，提高风机对频率的支撑能力，减缓频率跌落速度。然后，引入转速影响因子，根据风机自身运行状态调整下垂系数，防止风机转子失速，避免频率二次跌落。最后，在MATLAB/Simulink平台上搭建风火联合系统仿真模型验证了所提控制策略有效性。仿真结果表明所提策略在保证风机转速稳定的同时，能有效利用风机转子动能改善系统频率响应特性。

为了解决大规模分布式光伏接入配电网导致光伏并网点出现电压越限问题，提出了一种基于分布式共识协同(distributed consensus collaboration, DCC)的光伏逆变器电压控制方法。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式，利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率，实现对光伏并网点电压的控制。分布式协同共识是将接入系统的光伏有功功率输出与光伏最大输出跟踪比作为状态变量，通过分布式共识协同算法实现下垂控制启动参数的调整和光伏逆变器之间的电压协同控制。通过一个含分布式光伏的真实馈线系统进行算例验证，基于德国DIgSILENT软件进行仿真。结果表明，所提电压控制方法能有效抑制光伏并网点的电压越限问题，并在电压调节过程中降低光伏有功功率出力的削减，提升光伏逆变器的无功功率调节量。

提出了一种考虑有功不确定性的配电网新能源无功-电压下垂双层鲁棒优化控制模型。首先，在参考点优化层，以多时段总运行成本最小为目标，对静止无功补偿设备与调压变压器的协调控制指令、新能源的无功功率参考值和端口电压参考值等系统中影响无功分布的典型相关控制量进行优化；然后，在斜率优化层，基于双层列生成算法框架，分别建立斜率指令优化主问题模型和极端场景集筛选子问题模型。结果表明，所提出的优化控制方法不仅可以有效适应新能源发电出力的随机波动，同时能够充分利用其并网换流器的无功容量，在优化系统网损和调压设备操作成本的同时，增强系统运行的可靠性。

在分布式储能孤岛直流微电网系统中，针对传统下垂控制策略无法实现荷电状态均衡、功率分配不精确和母线电压跌落的问题，提出了一种自适应下垂控制策略。首先将双曲正切函数与荷电状态相结合，利用双曲正切函数的特性，限制下垂系数的范围并且快速进行调整。然后通过调节补偿量，使下垂系数对应的电压相等，设计了功率分配的补偿策略。最后计算线缆阻抗，设计了二次母线电压补偿策略。Simulink仿真实验结果表明，所提控制策略可以实现荷电状态的均衡和功率的精确分配，并且使母线电压能够准确维持在额定值。

为了改善新能源并网逆变器的性能并同时满足多运行模式(并网模式和孤岛模式)调节需求，设计了双重自适应系数，并基于下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制提出了新颖的改进控制策略。该控制策略可灵活地调节惯量和阻尼以满足不同运行模式的需求。设计的双重自适应系数包括自适应协调系数和自适应惯量系数，前者可提高系统动态特性并增强适用性，后者可进一步改善功率超调和振荡问题以完全消除功率超调。所提出的改进控制策略的功率响应无超调和振荡，能够提供接近于VSG控制的惯量和阻尼特性且具有更快的响应速度，可同时满足并网模式下的功率调节需求和孤岛模式下的频率调节需求，具有更大的适用性和更优异的动态特性。最后，通过硬件在环实验验证了所提出的改进控制策略的有效性和可行性。

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备，可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响，研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法，对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型，并对ER直流端口采用下垂控制策略，结合传统解耦法，提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算，验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响，对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算，证明ER在系统中可以支撑节点电压，减小系统运行损耗。

微电网技术具有许多优点,然而微电网中的分布式电源自身的不稳定性将导致微电网的运行控制困难。针对此问题,提出了分层控制方法。这种控制方法将分层控制分为三层,每一层独立完成自身的控制任务,通过通信通道向下层传达命令,且传达命令过程中不会影响系统的稳定性。基于下垂控制方法,微电网分层控制的第一层为分布式电源和负荷控制,第二层为在第一层控制信号基础上的频率和电压幅值控制,第三层为微电网功率和主网功率控制。利用Matlab/simulink对微电网接入主电网进行建模仿真,结果表明分层控制方法能够较好地实现对微电网的控制。

考虑风电场中不同风况下风电机组参与一次调频能力的差异，在下垂控制和惯量控制策略的基础上，对机组的调频能力评估方法进行优化。 方法 提出了一种改进的多机组调频参考功率协同控制策略。 结果 引入多机组协同控制方法能够有效改善机组之间调频参考功率的分配，从而有效调节各机组参与系统一次调频的程度。在惯量控制和下垂控制的基础上引入改进的协同控制策略，依据机组在实际风况下运行的状态，评估机组能够有效参与一次调频的参考功率。引入调频能力系数能够实现调频功率参考值在各机组之间按能分配。 结论 协同控制策略能够有效保护风电机组转速，同时能够有效改善电网频率响应。

微电网的主要特点之一是能够在并网模式和孤岛模式下运行，进行微电网运行模式之间的切换可能导致电压和频率的显著波动，严重时会威胁到整个系统的稳定性。无缝切换控制策略是保证微电网稳定可靠运行的关键，为解决传统无缝切换控制策略易受干扰影响和动态稳定性差的问题，提出了一种基于改进线性二次调节器的微电网运行模式无缝切换控制策略，该策略包括并网-孤岛平滑调节器和孤岛-并网平滑调节器。并网-孤岛平滑调节器通过对传统电压控制环的改进，可以为系统提供更多的阻尼并补偿逆变器输出处的瞬态电压降，从而改善系统动态性能。同时，通过对传统下垂控制策略的改进，可以根据系统有功功率的变化来调整其下垂系数，在受干扰的情况下能够将频率偏差降低到期望的水平。孤岛-并网平滑调节器考虑内部控制回路和PLL动态的情况下，根据并网控制策略下的状态空间模型对传统电流控制回路进行了改进，可以保证PCC两侧电压的同步性和微电网频率的稳定性。最后，对所提出的控制策略进行了小信号分析，同时研究了孤岛检测算法对控制策略的潜在影响，突出了所提策略的鲁棒性，并验证了所提控制策略能够平滑稳定地实现微电网运行模式间的切换。

针对风电全直流系统并网给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题，提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面，网侧换流站采用惯性同步控制，直流升压站采用恒变比控制，实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知，在此基础上对直流风电机组(direct current wind turbine,DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制，使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面，DCWT采用超速与变桨相结合的减载运行方式，通过变下垂控制来改变其有功出力，充分利用不同风速下的备用容量，使风电全直流系统更有效地参与一次调频。仿真算例表明，文中所提策略改善了风电全直流系统接入后电力系统的惯性响应及一次调频。