【东南大学（张从越）】2024高比例新能源微电网短时快速协同与灵活动态支撑研究报告_27页_6mb

高比例新能源微电网短时快速协同与灵活动态支撑研究总结

核心内容

本研究聚焦于高比例新能源接入背景下微电网的稳定与准确运行控制问题，提出了针对多主体协同与低惯性支撑的新型控制方法与架构，以提升微电网在新能源波动、通信延时及惯量降低等复杂环境下的运行性能与可靠性。

主要观点

1. 新能源大规模接入带来的挑战

   • 新能源的随机波动与多样异构特性使微电网的控制复杂性显著增加。
   • 同步电源空心化导致系统惯量降低，引发频率响应恶化与振荡问题。
   • 微电网需应对源荷边界模糊、功率双向流动等运行特征变化。

2. 短时快速协同控制方法

   • 针对多类异构分布式电源的协同问题，提出基于状态扩张观测器（ESO）的统一建模方法，实现构网型与并网型电源的动态一致性。
   • 引入分布式包容协同控制架构，支持多主体间的动态互动，满足不同运行需求，提高控制灵活性与效率。
   • 通过多目标参考区间设计，减少无功损耗，提升微电网运行稳定性。

3. 灵活动态支撑控制方法

   • 针对低惯性问题，提出基于RoCoF（频率变化率）约束的分布式频率控制方法，有效限制频率波动范围，实现等效惯量补偿。
   • 建立动态性能指标（阻尼比、自然频率）与控制参数之间的对应关系，实现对电压、频率等动态过程的独立调整与优化。
   • 引入异步延时补偿机制，克服通信延迟带来的控制滞后问题，提升系统响应速度与稳定性。

关键信息

一、考虑差异化运行主体的短时快速协同控制

• 问题特征：

  • 新能源随机波动、多样异构。
  • 源荷界限模糊，功率双向流动。

• 方法体系：

  • 基于ESO的统一建模方法。
  • 分布式包容控制架构。
  • 多主体协同控制算法。

• 技术成果：

  • 实现了构网型与并网型电源的统一建模与快速协同。
  • 降低了无功损耗，提升了供电准确性与稳定性。
  • 通过HIL测试验证了控制策略的有效性。

二、考虑低惯性特征的灵活动态支撑控制

• 问题特征：

  • 电力电子设备接入导致系统惯量降低。
  • 惯量与容量乘积加和为系统惯量。
  • 频率响应恶化，运行稳定性下降。

• 方法体系：

  • 基于RoCoF约束的分布式频率控制。
  • 动态性能定制的电压控制方法。
  • 异步延时补偿设计。

• 技术成果：

  • 实现了等效惯量补偿，提升了系统稳定性。
  • 支持对动态过程（如突变峰值、恢复速度）的独立调整。
  • 通过异步延时补偿设计，优化了分布式控制的实时性与准确性。

未来展望

• 惯量变化与时空分布问题的进一步研究。
• 运行状态强制区间约束问题的解决。
• 离散与非离散设备在短时协同中的集成与优化。

总结

本研究在高比例新能源微电网的短时快速协同与灵活动态支撑方面取得了一系列创新成果，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供了理论支持与技术保障。