功率控制系统

为解决风电机组在风电功率平抑和故障穿越2方面的不足，针对基于混合储能的直驱风力发电系统，提出一种同时兼顾风电功率平抑和故障穿越的复合功率控制策略。一方面，提出具有功率误差反馈环的改进型二阶滤波功率分配方法，实时修正超级电容和蓄电池储能的功率响应指令，提高目标功率分配精度的同时改善跟踪控制效果，实现风电功率平抑的同时延长储能介质使用寿命；另一方面，提出网侧变流器（grid side convertor，GSC）和混合储能共同作用的复合功率控制策略，实时修正各控制量的功率响应指令并快速清除直流母线上的冗余功率，提高风电机组的故障穿越能力，使风电系统基本不受电网故障的影响。

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation, PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题，提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control, MPDPC)的双闭环控制算法。其中，外环基于自抗扰控制理论，构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC, EADRC)控制器调节直流侧电压；内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control, PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比，结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。

本项目属于自动化控制系统技术在新能源领域的应用。 大力推进清洁能源替代，推动风电、太阳能等新能源的快速发展，是实践“3060双碳目标”的必由之路。由于新能源发电资源的间歇性和波动性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性，新能源高占比电力系统中惯量降低、频率越限风险增加、无功支撑不足等问题凸显。电力系统面临电网安全稳定运行和新能源高效消纳等巨大挑战，迫切需要新能源场站提升自身的调节能力。针对新能源场站当前面临的问题和电网未来发展需要，本项目提出暂、稳态控制一体化理念和多子站设备集成方法，攻克了异构平台横向整合、场站信息精准感知、多类型被控对象协调管控、功率估算有效修正等技术难题，开发出新能源场站一体化功率控制系统，使新能源场站具备惯量、一次调频、动态调压等主动支撑功能。

针对实现DC-DC变换器之间的信息交互较为复杂的问题，提出了一种基于功率控制环扰动实现其能量信息一体化的方法。通过在DC-DC变换器的传统功率控制环中叠加二进制频移键控(binary frequency shift keying, 2FSK)信号作为扰动，将数据信息叠加到传统脉冲宽度调制(pulse-width modulation, PWM)信号中，使得该PWM信号同时包含数据信息，实现能量信息一体化。首先，给出基于2FSK的功率/数据双载波调制以及实时的滑动离散傅里叶变换(sliding discrete Fourier transform, SDFT)解调方案。然后，通过对Buck变换器的能量信息一体化模型进行小信号建模与分析可知，降低输入阻抗可提升通信的信噪比。最后搭建一个由两个Buck变换器并联的实验装置进行验证。实验结果表明在稳态和负载突变的工况下均可实现3 kb/s的稳定通信，验证了所提方法的可行性。该方法使得DC-DC变换器能同时进行功率变换和数据传输，提升数字化和智能化水平。