模組化動態虛擬電廠的電網形成控制設計

Основные понятия

本文提出了一種針對包含多種分散式能源的模組化動態虛擬電廠的協調控制設計方法，旨在使其對電網提供預期的電網形成響應。

Аннотация

模組化動態虛擬電廠控制設計

導言

• 本文探討了異構分散式能源 (DER) 在動態虛擬電廠 (DVPP) 中的協調控制設計。
• 目標是通過協調不同 DER 之間的功率貢獻，提供所需的聚合電網形成 (GFM) 響應。
• 本文提出了一種比現有 DVPP 設計更通用的模組化 DVPP 設計，該設計包含四種類型的基本 DVPP 模組，包括交流或直流耦合以及交流或直流輸出，足以適應不同的 DER 整合設置，例如交流、直流、交/直流混合微電網和可再生能源發電廠。

DVPP 配置和控制目標

• 本文介紹了四種基本 DVPP 配置/模組，它們代表了當前 DER 整合實踐中的四種典型拓撲佈置。
• 闡述了模組化 DVPP 配置，其中可以通過包含多個直流和交流耦合匯流排，以模組化的方式組裝大型交/直流混合 DVPP。
• 描述了 DVPP 模組的控制目標，包括所需的交流 GFM 響應、交/直流匹配關係以及直流貢獻協調。

DVPP 控制設計

• 提出了 DER 聚合條件，以將所需的控制目標分解為單個 DER 控制行為。
• 介紹了基於動態參與因子 (DPF) 的協調分解方法，以將所需的響應適當地分解為每個可控 DER。
• 詳細介紹了可實施的本地控制策略，包括逆變器控制和 DC-DC 變換器控制。
• 將控制設計擴展到模組化交/直流混合 DVPP，採用系統的自上而下的設計方法。

模擬驗證

• 進行了案例研究，以驗證所提出的控制設計在不同場景下的性能，包括連接到無限匯流排系統和 IEEE 13 匯流排配電系統。
• 測試了不同 DER 協調和不同 DVPP 配置下的控制性能。

總結

• 本文提出了一種用於模組化動態虛擬電廠的靈活且協調的控制設計，以實現所需的電網形成響應。
• 模組化 DVPP 設計為構建和運營交/直流混合電網提供了可擴展且標準化的先進電網接口 (AGI)。

Статистика

該虛擬電廠的慣性時間常數為 5 秒。
頻率下降斜率為 4%。
電壓下降斜率為 20%。
超級電容器、電池儲能系統和光伏系統的功率設定點分別為 0.0、0.0 和 0.5 pu。
超級電容器、電池儲能系統和光伏系統的功率限制分別為 0.3、0.3 和 0.7 pu。

Цитаты

"Topologically, both emerging DVPPs and conventional microgrids aim to integrate and operate multiple DERs. However, from a control objective point of view, DVPPs are distinguished by their focus on the collective response to fulfill a desired response to the output-terminal grid, as opposed to the localized operation of individual DERs in a microgrid."
"A modular DVPP design offers high flexibility in achieving a desired dynamic response, high scalability in modular configuration and control, uniform standardization for multi-AC/DC-port interconnections, and high transparency of dynamic responses."

Ключевые выводы из

Grid-Forming Control of Modular Dynamic Virtual Power Plants

by Xiuq... в arxiv.org 10-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.14912.pdf

Дополнительные вопросы

未來電網發展趨勢將如何影響虛擬電廠控制設計的需求？

未來電網正朝著高度分散化、數位化和智慧化的方向發展，這將對虛擬電廠控制設計提出以下新的需求：

更靈活的控制策略: 未來電網中，分散式能源種類繁多，且其出力具有間歇性和波動性。因此，虛擬電廠控制設計需要更加靈活，以適應不同類型分散式能源的特性，並協調其出力，確保電網穩定運行。例如，動態參與因子 (DPFs) 的設計需要考慮更多因素，如天氣預測、負載預測等，以實現更精準的控制。
更強的資訊交互能力: 未來電網將更加依賴於先進的通訊和資訊技術，虛擬電廠控制系統需要具備更強的資訊交互能力，才能實現對大量分散式能源的有效監測、控制和管理。這需要開發新的通訊協定和資料管理平台，以滿足海量資料的傳輸和處理需求。
更高的可靠性和安全性: 隨著虛擬電廠規模的擴大和功能的增強，其控制系統的可靠性和安全性也變得越來越重要。未來虛擬電廠控制設計需要考慮網路攻擊、設備故障等因素，並採取相應的防護措施，確保電網安全穩定運行。
更智慧化的控制演算法: 未來虛擬電廠控制設計需要應用人工智慧、機器學習等技術，開發更智慧化的控制演算法，以應對日益複雜的電網運行環境。例如，可以利用機器學習演算法預測分散式能源的出力，並根據預測結果優化虛擬電廠的運行策略。

如果分散式能源的動態特性無法準確獲取，該控制策略的魯棒性如何？

如果分散式能源的動態特性無法準確獲取，該控制策略的魯棒性將面臨挑戰。在實際應用中，由於測量誤差、模型簡化等因素，很難完全準確地獲取分散式能源的動態特性。

對控制性能的影響: 分散式能源動態特性的不確定性會影響控制器的參數設計，進而影響控制系統的動態性能，例如降低響應速度、增加超調量等。
對系統穩定性的影響: 在極端情況下，如果分散式能源的動態特性與實際情況偏差過大，可能會導致控制系統不穩定，甚至引發電網事故。
為了提高控制策略的魯棒性，可以採取以下措施：

採用魯棒控制方法: 在設計控制器時，可以採用H∞控制、滑模控制等魯棒控制方法，以降低分散式能源動態特性不確定性對控制性能的影響。
線上辨識分散式能源動態特性: 可以利用線上辨識技術，根據分散式能源的運行資料，實時更新其動態特性模型，提高控制器的精度。
設計自適應控制策略: 可以設計自適應控制策略，根據分散式能源動態特性的變化，自動調整控制器的參數，以保持控制系統的穩定性和性能。

模組化設計如何應用於其他類型的電力系統控制和管理？

模組化設計的優勢在於其靈活性和可擴展性，這使得它可以應用於其他類型的電力系統控制和管理，例如：

微電網控制: 可以將微電網劃分為不同的功能模組，例如發電模組、儲能模組、負載模組等，並針對每個模組設計專門的控制器。通過協調各個模組的運行，可以實現對微電網的有效控制和管理。
電力市場交易: 可以將電力市場參與者劃分為不同的模組，例如發電企業、售電公司、用戶等，並針對每個模組設計專門的交易策略。通過模組化設計，可以簡化電力市場交易流程，提高交易效率。
電網規劃和運營: 可以將電網劃分為不同的區域模組，並針對每個模組進行獨立的規劃和運營。通過模組化設計，可以降低電網規劃和運營的複雜度，提高電網的可靠性和安全性。
總之，模組化設計是一種有效的電力系統控制和管理方法，它可以提高系統的靈活性、可擴展性和可維護性。隨著電力系統的不斷發展，模組化設計將在電力系統控制和管理中發揮越來越重要的作用。