2024年08月14日更新-【合肥工业大学】2024新能源发电集群分布式稳定控制技术研究报告_37页_9mb

报告摘要

李明副教授研究总结

核心内容概述

李明副教授是合肥工业大学的副教授，黄山学者学术骨干，同时也是中国电源学会青年工作委员会常务委员。他拥有清华大学博士后经历，研究方向主要集中在新能源利用与分布式发电技术，尤其是新能源并网与新型电力系统稳定性分析方法，以及多逆变器电站的分布式协同稳定控制技术。他主持了多项国家级科研项目，并在多个领域取得了显著成果。

主要观点

1. 新能源发电的现状与挑战

高渗透率：我国部分地区的新能源渗透率已超过100%，远超发达国家水平，表明新能源在电力系统中的重要性日益增强。
末端弱电网：大量电力电子设备（如逆变器）的接入，导致电网阻抗大幅波动，影响并网稳定性。
即插即用需求：新能源设备需要根据电网和用户需求灵活接入和退出，这对控制策略提出了更高的要求。

2. 传统并网控制模式的局限性

跟网型控制：
- 优点：功率响应快、电能质量高、多机并联抗扰性强。
- 缺点：在高渗透率和弱电网条件下，易发生宽频振荡，且无法适应电网阻抗变化。
构网型控制：
- 优点：在弱电网条件下稳定性更高，可脱离大电网独立运行。
- 缺点：功率响应慢，经济性差；在强网条件下易发生振荡；多机协同控制性能差。

3. 非线性控制的必要性

随着新能源渗透率的提升，电网特性变得复杂且非线性，传统的线性控制理论难以满足需求。
非线性控制方法，特别是基于无源性理论的控制策略，能够有效应对这些挑战。

关键信息

1. 研究背景

新能源发电容量预测与“双碳”战略密切相关。
高渗透率新能源发电系统中，电网结构/参数变化显著，影响并网稳定性与动态性能。

2. 无源性理论的应用

无源性理论：基于能量守恒原理，确保系统在并联时仍保持稳定。
非线性观测器设计：用于估计即插即用带来的非线性扰动，提升系统抗扰能力。
自适应动态协同控制：通过非线性下垂曲线实现阻尼自适应调节，改善多逆变器系统的动态性能。

3. 控制策略设计

无源控制器设计：基于PCH模型，通过调整互联矩阵和阻尼矩阵，实现系统的稳定性。
非线性观测器结构：用于估计电网扰动，提升控制精度。
阻尼动态协同环路：根据电网阻抗变化，动态调整阻尼系数，以提升系统整体性能。

4. 实验验证

稳定性验证：采用无源控制方案，系统在高阻抗下仍能稳定运行，而传统PI控制则出现振荡。
动态性能验证：自适应阻尼控制能够有效抑制欠阻尼振荡，提升系统响应速度和稳定性。

研究成果与论文发表

李明副教授在新能源发电与并网控制领域发表了多篇高水平论文，部分代表作如下：

Ming Li, Hua Geng, Xing Zhang. Distributed coordinated control for stabilization of multi-inverter power plant. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, 70(12): 12421-12430.
Ming Li, Hua Geng, Xing Zhang. Hierarchical mode-dispatching control for multi-inverter power stations. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, 70(10): 10044-10054.
Ming Li, Xing Zhang, Zixuan Guo, et al. The dual-mode combined control strategy for centralized photovoltaic grid-connected inverters based on double-split transformers. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2020, 68(12): 12322-12330.
Ming Li, Xing Zhang, Zixuan Guo, et al. Impedance adaptive dual-mode control of grid-connected inverters with large fluctuation of SCR and its stability analysis based on D-partition method. IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, 36(12): 14420-14435.
Ming Li, Xing Zhang, Zixuan Guo, et al. The control strategy for the grid-connected inverter through impedance reshaping in q-axis and its stability analysis under a weak grid. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2020, 9(3): 3229-3242.
Xing Zhang, Hang Zhang, Ming Li, et al*. Analysis of dynamic power angle oscillation and its suppression strategy for the droop-controlled grid-connected inverter. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2021, 9(5): 5718-5731.
Feng Han, Xing Zhang, Ming Li, et al*. Stability Control for Grid-Connected Inverters Based on Hybrid-Mode of Grid-Following and Grid-Forming. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, doi: 10.1109/TIE.2023.3335325.
李明, 张兴, 郭梓暄, 等. 弱电网下基于D分割法的逆变器PI参数设计及稳定域分析. 电力系统自动化, 2020, 44(15): 139-147.
李明, 张兴, 郭梓暄, 等. 弱电网下基于电网阻抗自适应的双模式并网稳定控制策略. 太阳能学报, 2021, 42(7): 86-93.
李明, 张兴, 张行, 等. 基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析. 电源学报, 2018, 16(6): 11-17.

关键技术总结

技术名称	描述
无源控制器设计	基于PCH模型，通过调整互联矩阵和阻尼矩阵，确保系统在并联时仍保持无源性和稳定性。
非线性观测器设计	用于估计即插即用带来的非线性扰动，提升系统抗扰能力。
自适应动态协同控制	根据电网阻抗变化，动态调整阻尼系数，以提升多逆变器系统的动态性能。