• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

电-氢混合储能型多微电网系统有功功率均衡控制方法

李奇 李蕊睿 李朔 蒲雨辰 孙彩 陈维荣

李奇, 李蕊睿, 李朔, 蒲雨辰, 孙彩, 陈维荣. 电-氢混合储能型多微电网系统有功功率均衡控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210506
引用本文: 李奇, 李蕊睿, 李朔, 蒲雨辰, 孙彩, 陈维荣. 电-氢混合储能型多微电网系统有功功率均衡控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210506
LI Qi, LI Ruirui, LI Shuo, PU Yuchen, SUN Cai, CHEN Weirong. Control Method for Active Power in Electric-Hydrogen Hybrid Energy-Storage Microgrids[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210506
Citation: LI Qi, LI Ruirui, LI Shuo, PU Yuchen, SUN Cai, CHEN Weirong. Control Method for Active Power in Electric-Hydrogen Hybrid Energy-Storage Microgrids[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210506

电-氢混合储能型多微电网系统有功功率均衡控制方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210506
基金项目: 国家自然科学基金(51977181,52077180);霍英东教育基金会高等院校青年教师基金(171104)
详细信息
    作者简介:

    李奇(1984—),男,教授,博士生导师,研究方向为轨道交通新能源技术、综合能源系统运行与控制等,E-mail:liqi0800@163.com

  • 中图分类号: TM732

Control Method for Active Power in Electric-Hydrogen Hybrid Energy-Storage Microgrids

  • 摘要:

    在多电-氢微电网并联运行的交流系统中,采用传统控制方法的逆变器会受到输出线路阻抗差异所产生的影响产生较大环流,甚至无法实现有功功率的合理分配,考虑到系统中电压偏差与有功功率间的关系,对多微电网的有功功率分配问题进行分析研究. 首先,构建含光伏、燃料电池、电解槽、蓄电池的电-氢混合储能微电网交流系统模型;其次,根据反下垂控制中有功功率与电压间的关系,构造考虑电压偏差的反下垂控制,并为使额定有功功率自适应调节,提出基于功率跟随控制的反下垂控制方法;最后,在多电-氢微电网并联运行的系统中,对本文所提方法进行RT-LAB半实物实验验证及与其他方法的对比验证. 实验结果显示:基于本文所提控制方法的系统稳定后功率分配的准确度达97.5%,母线电压的精准度达99.86%,环流大小的范围约为[−3.0, 3.0] A,均优于其余方法.

     

  • 图 1  多微电网并联运行结构示意

    Figure 1.  Schematic of micro-grid parallel operation

    图 2  多微网并联运行等效电路

    Figure 2.  Equivalent circuit of micro-grid parallel operation

    图 3  系统运行示意

    Figure 3.  Schematic of system operation

    图 4  功率跟随控制框图

    Figure 4.  Block diagram of power following control

    图 5  基于功率跟随控制的反下垂控制框图

    Figure 5.  Block diagram of reverse droop control based on power following control

    图 6  基于功率跟随控制的反下垂控制频谱响应特性

    Figure 6.  Spectrum response characteristics of reverse droop control based on power following control

    图 7  RT-LAB实时仿真平台

    Figure 7.  Real-time simulation platform RT-LAB

    图 8  传统下垂控制方法实验结果

    Figure 8.  Experimental results of traditional droop control

    图 9  基于电压恢复机制的反下垂控制方法实验结果

    Figure 9.  Experimental results of reverse droop control based on voltage recovery mechanism

    图 10  RDVD控制方法实验结果

    Figure 10.  Experimental results of RDVD control method

    图 11  本文所提控制方法实验结果

    Figure 11.  Experimental results of proposed control method

    表  1  系统参数

    Table  1.   System parameters

    参数 取值
    逆变器 1 线路阻抗 Zline_1 0.642 + j0.083
    逆变器 2 线路阻抗 Zline_2 0.963 + j0.1245
    逆变器 3 线路阻抗 Zline_3 1.284 + j0.166
    滤波电感/MH 5
    滤波电容/MF 0.5
    额定电压/V 220
    额定无功功率/kvar 5
    逆变器容量比例 1∶1∶1
    下载: 导出CSV

    表  2  元件参数

    Table  2.   Component parameters

    元件 参数 数值
    光伏阵列 环境温度/℃ 25
    燃料电池 额定功率/W 2000
    额定电压/V 24
    电解槽 额定功率/W 2000
    储氢罐 最大容许压强/MPa 35
    体积/L 1
    初始容量/% 50
    蓄电池 最大充放电功率/W 4000
    容量/(A·h) 40
    额定电压/V 500
    初始荷电状态/% 50
    下载: 导出CSV
  • [1] 李霞林,郭力,王成山,等. 直流微电网关键技术研究综述[J]. 中国电机工程学报,2016,36(1): 2-17.

    LI Xialin, GUO Li, WANG Chengshan, et al. Key technologies of DC microgrids: an overview[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(1): 2-17.
    [2] LI Q, QIU Y, YANG H, et al. Stability-constrained two-stage robust optimization for integrated hydrogen hybrid energy system[J]. CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2021, 7(1): 162-171.
    [3] 刘欣博,刘宁,宋晓通,等. 基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据[J]. 高电压技术,2021,47(10): 3441-3451.

    LIU Xinbo, LIU Ning, SONG Xiaotong, et al. Large-signal stability criteria of AC/DC hybrid microgrid based on AC constant power loads[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(10): 3441-3451.
    [4] 蔡国伟,孔令国,薛宇,等. 风氢耦合发电技术研究综述[J]. 电力系统自动化,2014,38(21): 127-135. doi: 10.7500/AEPS20131231004

    CAI Guowei, KONG Lingguo, XUE Yu, et al. Overview of research on wind power coupled with hydrogen production technology[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(21): 127-135. doi: 10.7500/AEPS20131231004
    [5] EHSAN A, YANG Q. Optimal integration and planning of renewable distributed generation in the power distribution networks: a review of analytical techniques[J]. Applied Energy, 2018, 210: 44-59. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.10.106
    [6] 李奇,蒲雨辰,韩莹,等. 电-氢孤岛直流微电网的分层能量管理[J]. 西南交通大学学报,2020,55(5): 912-919.

    LI Qi, PU Yuchen, HAN Ying, et al. Hierarchical energy management for electric-hydrogen island direct current micro-grid[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 912-919.
    [7] 米阳,陈鑫,季亮,等. 基于虚拟额定电流的直流微电网分布式储能单元精确电流分配研究[J]. 电网技术,2020,44(3): 823-835.

    MI Yang, CHEN Xin, JI Liang, et al. Accurate current sharing of distributed energy storage units in DC microgrid based on virtual rated current[J]. Power System Technology, 2020, 44(3): 823-835.
    [8] 朱晓荣,韩丹慧,孟凡奇,等. 提高直流微电网稳定性的并网换流器串联虚拟阻抗方法[J]. 电网技术,2019,43(12): 4523-4531.

    ZHU Xiaorong, HAN Danhui, MENG Fanqi, et al. Grid converter series virtual impedance method for improving DC microgrid stability[J]. Power System Technology, 2019, 43(12): 4523-4531.
    [9] 柴秀慧,张纯江,柴建国,等. 改进互联通信荷电状态下垂控制及功率均衡优化[J]. 电工技术学报,2021,36(16): 3365-3374.

    CHAI Xiuhui, ZHANG Chunjiang, CHAI Jianguo, et al. Improved interconnected communication state of charge droop control and power balance optimization[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(16): 3365-3374.
    [10] 王晓寰,王书光,刘聪哲,等. 下垂控制并联系统中功率精确分配的控制策略[J]. 电力电子技术,2019,53(8): 4-7.

    WANG Xiaohuan, WANG Shuguang, LIU Congzhe, et al. Accurate power sharing strategy for parallel system based on droop control[J]. Power Electronics, 2019, 53(8): 4-7.
    [11] 麦倩屏,陈鸣. 用于多微源低压微电网的虚拟阻抗反下垂控制[J]. 电力系统保护与控制,2018,46(1): 96-102. doi: 10.7667/PSPC162039

    MAI Qianping, CHEN Ming. P-V/Q-f droop control strategy with virtual impedance for low-voltage microgrid with multiple micro sources[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(1): 96-102. doi: 10.7667/PSPC162039
    [12] 白小丹,苗虹,曾成碧,等. 适用于低压微网中逆变器无功均分的改进下垂控制策略[J]. 高电压技术,2020,46(4): 1310-1318.

    BAI Xiaodan, MIAO Hong, ZENG Chengbi, et al. Improved droop control strategy for reactive power sharing of inverters in low-voltage microgrids[J]. High Voltage Engineering, 2020, 46(4): 1310-1318.
    [13] PU Y C, LI Q, CHEN W R, et al. Hierarchical energy management control for islanding DC microgrid with electric-hydrogen hybrid storage system[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, 44(11): 5153-5161. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.10.043
    [14] LI L Y, CHEN W R, HAN Y, et al. A stability enhancement method based on adaptive virtual resistor for electric-hydrogen hybrid DC microgrid grid-connected inverter under weak grid[J]. Electric Power Systems Research, 2021, 191: 106882.1-106882.
    [15] LI Q, WANG T H, DAI C H, et al. Power management strategy based on adaptive droop control for a fuel cell-battery-supercapacitor hybrid tramway[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018, 67(7): 5658-5670. doi: 10.1109/TVT.2017.2715178
    [16] IPSAKIS D, VOUTETAKIS S, SEFERLIS P, et al. Power management strategies for a stand-alone power system using renewable energy sources and hydrogen storage[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(16): 7081-7095. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.06.051
  • 加载中
图(11) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  40
  • HTML全文浏览量:  29
  • PDF下载量:  9
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-22
  • 录用日期:  2024-03-04
  • 修回日期:  2022-01-22
  • 网络出版日期:  2024-03-13

目录

    /

    返回文章
    返回