下垂控制

随着电力系统中可再生能源比重逐渐增加，电力系统频率波动的风险增大。飞轮和锂电池可以优势互补，作为混合储能应用于电网一次调频中，有效解决系统频率波动问题。为了充分发挥飞轮和锂电池各自的调频优势，提出基于自适应荷电状态(state of charge,SOC)的电池-飞轮混合储能一次调频控制策略。首先，建立含正、负虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的权重分配一次调频模型；然后，利用飞轮和锂电池SOC对一次调频模型参数进行修正，提高混合储能在SOC阈值附近的一次调频能力；最后，仿真对比各调频场景下文中控制策略与其他控制策略的调频能力及SOC恢复效果。研究结果表明，文中控制策略下储能系统SOC波动范围最小，电池不会发生过充过放，且系统频率波动不超过±0.2 Hz，可以提高电网频率稳定性。

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。

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。

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。

以新能源为主体的新型电力系统中，大量电力电子器件接入系统，导致其暂态行为改变且拓扑结构状态变量阶数变高。针对上述问题，基于下垂控制方法建立了融合储能的光伏发电系统并网逆变器模型，采用奇异摄动降阶理论与变量梯度法构建了其李雅普诺夫函数。然后，将构建的李雅普诺夫函数与等面积法则相结合，分析了储能系统的接入对新能源系统功角稳定的影响，同时验证了储能系统对光伏系统出力支撑以及出力波动的抑制能力。最后，基于Matlab仿真结果对融合储能的新能源系统特性进行了分析和验证。

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。

随着大规模风电接入电网，电力系统的惯性和抗扰能力逐渐下降，系统的频率稳定问题愈发严峻。为此，文中提出一种基于转子动能的风电场自适应频率主动支撑控制策略。首先，提出一种参与因子，根据风电场的平均转子转速确定风电场参与频率支撑的程度，自适应调整风电场惯性响应参数和频率下垂控制参数。在此基础上，基于风电机组的实时可用转子动能，对风电场的调频功率进行动态分配，风电机组则通过释放转子动能参与频率支撑，其可以充分发挥转子动能较多的机组的频率支撑能力，并避免转速低的风电机组过度参与调频。在频率支撑结束后，采用分阶段的转子转速恢复方法恢复机组转速。仿真结果表明，所提控制策略可以根据风电场的运行状态和风电机组可用转子动能自适应调整有功输出功率，不仅可以实现系统频率的有效支撑，还可以避免频率的二次跌落。

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。

直流微电网孤岛运行状态下，由于分布式电源（distributed generation，DG）的不确定性，需要加入储能单元进行补充。对于传统下垂控制，线路阻抗差异造成输出电流无法精确分配，对储能单元荷电状态（state of charge，SOC）的均衡效果造成影响，且随着SOC的降低，收敛速度变慢，同时没有考虑DG波动对母线电压的影响。因此，提出一种改进下垂控制策略，通过计算输出电流偏差量，引入对电流偏差的积分环节，消除线路阻抗差异的影响，并且设计加速项和自适应变化的加速系数，提高了SOC均衡速度。当DG波动时调整输出电流增发量，满足负荷功率平衡，保持电压稳定。经过仿真验证，所提控制策略在考虑线路阻抗时的SOC收敛误差小于0.1%，收敛速度较对比方法提高20%，并且电压降落小于3%。

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。