基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.004

电力建设 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 25-32.doi: 10.12204/j.issn.1000-7229.2020.07.004

• 低惯性电力系统分析与控制 ·栏目主持文云峰副教授· • 上一篇下一篇

基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

孟建辉1，张赟1，范莹2，王毅1，赵彭辉1，宋美琪1

1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003；2.国网北京城区供电公司，北京市 100032

出版日期:2020-07-01
作者简介:孟建辉（1987），男，博士，高级工程师，主要研究方向为电力电子技术、新能源发电与电力系统等；张赟（1996），女，通信作者，硕士研究生，主要研究方向为新能源发电与电力系统、直流电网控制技术；范莹（1986），女，博士，主要从事于博弈论、非线性最优化、电力电网去中心化方面的研究工作；王毅（1977），男，博士后，教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用；赵彭辉（1995），男，硕士研究生，主要研究方向为电力电子技术、虚拟同步机控制技术；宋美琪（1995），女，硕士研究生，主要研究方向为电力电子技术、新能源发电与电力系统。
基金资助:
国家自然科学基金项目（51807064）；河北省自然科学基金项目（E2018502152）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2019MS074）

Equivalent Capacitance Calculation Method Based on Virtual Capacitance Control of DC Microgrid

MENG Jianhui1， ZHANG Yun1， FAN Ying2， WANG Yi1， ZHAO Penghui1， SONG Meiqi1

1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources （North China Electric Power University）， Baoding 071003， Hebei Province， China； 2. State Grid Beijing Urban District Power Supply Company， Beijing 100032， China

Online:2020-07-01
Supported by:
This work is supported by National Natural Science Foundation of China（No. 51807064）， Natural Science Foundation of Hebei Province（No. E2018502152） and Fundamental Research Funds for Central Universities（No. 2019MS074）.

摘要/Abstract

摘要： 相较于交流电网，直流微网结构简单、效率高，且能够更好地消纳光伏、风电等分布式新能源，但其几乎不具有惯性。通过对端口换流器施加虚拟电容控制策略，使其可模拟电容充放电特性，能够改善直流电压质量，增强直流微网稳定性。但该控制方法对系统惯性提升机理暂不明确，虚拟电容控制策略所虚拟出电容值大小等问题也有待进一步探究。据此，类比于交流电网在负荷突变瞬间发电机按照惯性大小分担负荷的特性，提出直流微网中各端功率调节初期按照端口电容值比例进行分配，并在此基础上提出基于虚拟电容控制策略的等效电容计算方法，探究虚拟电容与等效电容间的对应关系。最后，搭建了控制器级的硬件在环测试平台，验证了虚拟电容控制策略的有效性、直流微网功率调节分配依据及所提等效电容计算方法的正确性。

关键词: 直流微网, 虚拟电容控制, 功率调节分配, 等效电容

Abstract: Compared with AC power grid， DC microgrid not only has simple structure and high efficiency， but also can better absorb distributed new energy such as photovoltaic and wind power generation， while it has almost no inertia. The port converter can simulate the charging and discharging characteristics of capacitors when the virtual capacitor control is applied， which can improve the quality of DC voltage and enhance the stability of DC microgrid. However， the mechanism of inertia enhancement under virtual capacitance control is not clear. The problem that how much capacitance can be produced by virtual capacitor control remains to be further explored. Accordingly， analogous to the variation of load sharing by generators in AC microgrid according to inertia， the power regulation at each side of DC microgrid in the initial stage is allocated according to the proportion of capacitance value. And on this basis， the equivalent capacitance calculation method based on virtual capacitance control is proposed to explore the corresponding relationship between virtual capacitor and equivalent capacitor. Finally， the hardware-in-loop test platform in controller level is established to verify the effectiveness of virtual capacitance control， the correctness of the basis for power regulation allocation in DC microgrid and the corresponding relationship between virtual capacitance and equivalent capacitance.

Key words: DC microgrid, virtual capacitance control, power regulation allocation, equivalent capacitance

中图分类号:

TM 464

孟建辉，张赟，范莹，王毅，赵彭辉，宋美琪. 基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法[J]. 电力建设, 2020, 41(7): 25-32.

MENG Jianhui， ZHANG Yun， FAN Ying， WANG Yi， ZHAO Penghui， SONG Meiqi. Equivalent Capacitance Calculation Method Based on Virtual Capacitance Control of DC Microgrid[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(7): 25-32.

参考文献［18］

［1］	王琛，孟建辉，王毅，等. 考虑蓄电池荷电状态的孤岛直流微网多源协调控制策略［J］. 高电压技术， 2018， 44（1）: 160-168.
	WANG Chen， MENG Jianhui， WANG Yi， et al. Multi-source coordinated control strategy considering battery's SOC for islanded DC microgrid［J］. High Voltage Engineering， 2018， 44（1）: 160-168.
［2］	范士雄，刘幸蔚，卫泽晨，等. 直流配电网多时间尺度控制体系研究［J］. 电力建设， 2018， 39（9）: 54-60.
	FAN Shixiong， LIU Xingwei， WEI Zechen， et al. Research on multi-time-scale control system of DC distribution network［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（9）: 54-60.
［3］	薛士敏，齐金龙，刘冲. 直流微网保护综述［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（13）: 3404-3412， 3359.
	XUE Shimin， QI Jinlong， LIU Chong. A research review of protection for DC microgrid［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（13）: 3404-3412， 3359.
［4］	王毅，于明，李永刚. 基于改进微分进化算法的风电直流微网能量管理［J］. 电网技术， 2015， 39（9）: 2392-2397.
	WANG Yi， YU Ming， LI Yonggang. Energy management of wind turbine-based DC microgrid using improved differential algorithm［J］. Power System Technology， 2015， 39（9）: 2392-2397.
［5］	宋洁，侯继彪. 基于压缩空气储能系统的直流配电网调压控制方法［J］. 电力建设， 2019， 40（6）: 49-56.
	SONG Jie， HOU Jibiao. Voltage regulation using compressed-air energy storage system in DC distribution network［J］. Electric Power Construction， 2019， 40（6）: 49-56.
［6］	李斌，刘海金，孔祥平，等. 直流配电网运行控制策略分析及展望［J］. 电力建设， 2018， 39（11）: 96-108.
	LI Bin， LIU Haijin， KONG Xiangping， et al. Analysis and prospect of control strategies for DC distribution systems［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（11）: 96-108.
［7］	王博，肖峻，周济，等. 主动配电网中分布式电源和微网的运行域［J］. 电网技术， 2017， 41（2）: 363-372.
	WANG Bo， XIAO Jun， ZHOU Ji， et al. Dispatchable region of distributed generators and microgrids in distribution systems［J］. Power System Technology， 2017， 41（2）: 363-372.
［8］	DRAGIC∨EVIC′ T， LU X N， VASQUEZ J C， et al. DC microgrids: Part I: A review of control strategies and stabilization techniques［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2016， 31（7）: 4876-4891.
［9］	ZHAO H L， YANG Q， ZENG H M. Multi-loop virtual synchronous generator control of inverter-based DGs under microgrid dynamics［J］. IET Generation Transmission & Distribution， 2017， 11（3）: 795-803.
［10］	孟建辉，石新春，王毅，等. 改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源控制策略［J］. 电工技术学报， 2015， 30（4）: 70-79.
	MENG Jianhui， SHI Xinchun， WANG Yi， et al. Control strategy of DER inverter for improving frequency stability of microgrid［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2015， 30（4）: 70-79.
［11］	孟建辉，宋美琪，王毅，等. 虚拟电容控制下并网型直流微网VSC多约束稳定运行边界［J］. 电力系统自动化， 2019， 43（15）: 172-179.
	MENG Jianhui， SONG Meiqi， WANG Yi， et al. Multi-constraint stable operation boundary of grid-connected voltage source converter of DC microgrid with virtual capacitance control［J］. Automation of Electric Power Systems， 2019， 43（15）: 172-179.
［12］	汤涌，孙华东，易俊，等. 两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算［J］. 中国电机工程学报， 2010， 30（19）: 1-6.
	TANG Yong， SUN Huadong， YI Jun， et al. AC tie-line power fluctuation mechanism and peak value calculation for two-area interconnected power systems［J］. Proceedings of the CSEE， 2010， 30（19）: 1-6.
［13］	ANDERSON P M， FOUND A A. Power system control and stability［M］. The 2nd Edition. New Jersey: IEEE Press， 2003: 69-83.
［14］	徐海珍，张兴，刘芳，等. 基于虚拟电容的微网逆变器无功均分控制策略［J］. 电力系统自动化， 2016， 40（19）: 59-65.
	XU Haizhen， ZHANG Xing， LIU Fang， et al. Reactive power sharing control strategy for microgrid inverters based on virtual capacitor［J］. Automation of Electric Power Systems， 2016， 40（19）: 59-65.
［15］	张旭辉，陈效华，龚春英. 直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略［J］. 电力电子技术， 2014， 48（2）: 59-61.
	ZHANG Xuhui， CHEN Xiaohua， GONG Chunying. The virtual capacitor current feedforward control scheme for the DC converter［J］. Power Electronics， 2014， 48（2）: 59-61.
［16］	朱晓荣，蔡杰，王毅，等. 风储直流微网虚拟惯性控制技术［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（1）: 49-58.
	ZHU Xiaorong， CAI Jie， WANG Yi， et al. Virtual inertia control of wind-battery-based DC micro-grid［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（1）: 49-58.
［17］	邹培根，孟建辉，王毅，等. 一种直流微电网的灵活虚拟惯性控制策略［J］. 电力建设， 2018， 39（6）: 56-62.
	ZOU Peigen， MENG Jianhui， WANG Yi， et al. A flexible virtual inertia control strategy for DC microgrid［J］. Electric Power Construction， 2018， 39（6）: 56-62.
［18］	王彩霞，李琼慧，雷雪姣. 储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析［J］. 中国电力， 2016， 49（10）: 148-152.
	WANG Caixia， LI Qionghui， LEI Xuejiao. Methodology for analyzing the value of energy storage to power system frequency control in context of high shares of renewable energy［J］. Electric Power， 2016， 49（10）: 148-152.

[1]	李泓青，周建萍，茅大钧，李欣煜，胡成奕，邓玉君. 混合储能系统二次功率分配及交互控制策略在直流微网中的应用[J]. 电力建设, 2019, 40(5): 13-19.
[2]	宁雪姣，杨洪耕，沙熠. 直流微网中带CPL的Boost变流器稳定控制策略[J]. 电力建设, 2016, 37(5): 78-82.
[3]	杨丹萍，叶林，赵永宁，陈政，何桂雄. 住宅直流微网供电技术研究现状[J]. 电力建设, 2014, 35(11): 25-31.

基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

Equivalent Capacitance Calculation Method Based on Virtual Capacitance Control of DC Microgrid

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献［18］

相关文章 3

编辑推荐

Metrics

本文评价

基于直流微网虚拟电容控制的等效电容计算方法

Equivalent Capacitance Calculation Method Based on Virtual Capacitance Control of DC Microgrid

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献 ［18］

相关文章 3

编辑推荐

Metrics

本文评价

参考文献［18］