研究方向主要從事新能源利用與分布式發(fā)電技術(shù)的相關(guān)研究，包括：李明李明ECCEAsia會(huì)議最佳論文秀論文/最佳報(bào)告人獎(jiǎng)、期作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子研究課題和中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目等教育和工作經(jīng)歷本科合肥工業(yè)大學(xué)·專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化·專業(yè)：電氣工程導(dǎo)師：張興教授(二級(jí)教授)博士后清華大學(xué)合肥工景大琴2024年第21屆中國(guó)電氣自動(dòng)化與電控系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會(huì)新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)1:景大學(xué)提綱二、傳統(tǒng)跟網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題三、傳統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題3合肥工紫大學(xué)1.研究背景·隨著全球范圍內(nèi)化石能源的日益枯竭，以光伏、風(fēng)電等為代表的清潔新能源正越來(lái)越受關(guān)注光伏碳匯量-碳排光伏碳中和0化石能源0新能源發(fā)電容量預(yù)測(cè)及“雙碳”戰(zhàn)略示意圖45合肥工紫大學(xué)1.研究背景·目前，我國(guó)蒙東、甘肅、寧夏、新疆等部分地區(qū)的新能源滲透率已經(jīng)高于100%,超過(guò)了丹麥、西班牙、葡萄牙等發(fā)達(dá)國(guó)家√定義1(使用最廣泛)[1]ofPhotovoltaicGeneration:ACaseStudy,"IEEETransactionsonSustainableE合肥工紫大學(xué)1.研究背景形成末端弱電網(wǎng)的主要因素：較長(zhǎng)的輸電線路3廣泛應(yīng)用的變壓器大量的電力電較長(zhǎng)的輸電線路3廣泛應(yīng)用的變壓器向電網(wǎng)引入了不可忽略的等效阻抗，且往往大幅波動(dòng)新能源發(fā)電站發(fā)電單元接入點(diǎn)變壓器公共耦合點(diǎn)長(zhǎng)輸電線路長(zhǎng)輸電線路變壓器公共電網(wǎng)新能源發(fā)電站接入點(diǎn)并網(wǎng)變流器接入點(diǎn)接入點(diǎn)并網(wǎng)變流器高滲透率新能源發(fā)電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)6合肥工紫大夢(mèng)提綱一、研究背景一、研究背景7合肥工紫大學(xué)2、傳統(tǒng)跟網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題·目前，大部分并網(wǎng)逆變器采用跟網(wǎng)型并網(wǎng)模式，其原因有：5)多機(jī)并聯(lián)的抗擾性強(qiáng)Laeoabc系控制8合肥工紫大學(xué)2、傳統(tǒng)跟網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題>電網(wǎng)阻抗大幅波動(dòng)，導(dǎo)致跟網(wǎng)型控制并網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題>電網(wǎng)電壓前饋、PLL環(huán)節(jié)和電網(wǎng)阻抗的交互耦合都將對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響幅值(幅值(dB)059合肥工紫大夢(mèng)提綱合肥工紫大學(xué)3.傳統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題3.1為什么要采用構(gòu)網(wǎng)型并網(wǎng)?制。其優(yōu)點(diǎn)有：1)高電網(wǎng)阻抗的弱電網(wǎng)條件下，構(gòu)網(wǎng)型控制穩(wěn)定裕度更大2)構(gòu)網(wǎng)型控制可以脫離大電網(wǎng)而獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行WCqref→+dWCefPPPiTransactionsonPowerElectronics,2009,24(9):2178-2192.合肥工紫大夢(mèng)3.傳統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)型并網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題1)弱網(wǎng)下功率響應(yīng)慢，難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟3)電網(wǎng)阻抗大幅波動(dòng)時(shí)，構(gòu)網(wǎng)型逆變器在電網(wǎng)阻抗較小(強(qiáng)網(wǎng))時(shí)容易發(fā)生振蕩4)多機(jī)之間的功率抗擾性變差、耦合變強(qiáng)0時(shí)間/s合肥工紫大夢(mèng)提綱合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■問(wèn)題的引出求等復(fù)雜工況靈活切入切出，且希望不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即新能源設(shè)備期望具備即插即用的功能。公共電網(wǎng)公共電網(wǎng)站輸電線發(fā)電單元接入點(diǎn)發(fā)電單元接入點(diǎn)發(fā)單元接入點(diǎn)電站變壓器POC電站接入點(diǎn)電站接入點(diǎn)-新能源新能源并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器■即插即用帶來(lái)的問(wèn)題?不同于電網(wǎng)阻抗引起的寬頻振蕩特性，即插即用引起工作點(diǎn)非線性變化，體現(xiàn)為在原來(lái)的工作點(diǎn)并網(wǎng)電流不出現(xiàn)寬頻振蕩，而在工作點(diǎn)變化后發(fā)生具備非線性頻移特性的寬頻振蕩。#1Inverter#1,#2InverterConnectedtoPCCConnecte0在工作點(diǎn)鄰域范圍內(nèi)，傳統(tǒng)PI控制等線性方法通過(guò)合理設(shè)計(jì)PI參數(shù)，可增強(qiáng)魯棒性。但即插即用引發(fā)工作點(diǎn)出現(xiàn)非線性變化，會(huì)出現(xiàn)適應(yīng)能力不足的問(wèn)題合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)并網(wǎng)逆變器本身是一個(gè)復(fù)雜的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，并且受到即插即用導(dǎo)致設(shè)備隨機(jī)投切等因素的影響，電網(wǎng)特性呈現(xiàn)非線性變化，采用傳統(tǒng)線性理論設(shè)計(jì)的跟網(wǎng)型或構(gòu)網(wǎng)型控制仍舊難以適應(yīng)。電網(wǎng)電壓鎖相PowerSinchronization電壓前饋abcfvsMDroop-Controlledf電網(wǎng)電壓相位f+MCdeffiLiefPPuk基于線性基于線性PI控制器的跟網(wǎng)和構(gòu)網(wǎng)型逆變器典型結(jié)構(gòu)示意圖合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■無(wú)源性理論——解決上述問(wèn)題提供一種可行的理論工具：·無(wú)源性理論指出：由無(wú)源子系統(tǒng)任意并聯(lián)形成的新系統(tǒng)也是無(wú)源的，因而也是穩(wěn)定的(保證了單機(jī)擴(kuò)展到多機(jī)系統(tǒng)仍舊穩(wěn)定)。rrRpp<0Pumping一互聯(lián)無(wú)源系統(tǒng)示意圖如果要使得能量的最小點(diǎn)處為期望值，可采用端口受控哈密頓方程(PCH)進(jìn)行無(wú)源控制器設(shè)計(jì)；并通過(guò)選擇哈密頓能量函數(shù)作為L(zhǎng)yapunov函數(shù)，能夠直接證明系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，作為一種基于模型的控制方案，無(wú)源控制器控制性能高度依賴于控制模型的精度。逆變器即插即用會(huì)帶來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)/參數(shù)變化，將會(huì)引起無(wú)源控制系統(tǒng)抗擾能力下降。口思路引出·獲取電網(wǎng)結(jié)構(gòu)/參數(shù)變化引發(fā)的擾動(dòng)：·是否可在通過(guò)引入非線性擾動(dòng)觀測(cè)器算法，來(lái)獲取擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)綗o(wú)源控制器中，提升系統(tǒng)抗擾能力?采用非線性觀測(cè)器，提出基于無(wú)源性理論的跟網(wǎng)型逆變器分布式穩(wěn)定控制策略，在即插即用情況下，系統(tǒng)TiTi采樣.采樣.p辨識(shí)基于無(wú)源性理論的跟網(wǎng)型逆變器分布式穩(wěn)定控制示意圖關(guān)鍵技術(shù)1(無(wú)源控制器環(huán)路設(shè)計(jì)):該環(huán)路是整個(gè)控制策略的基礎(chǔ)多機(jī)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)源性和穩(wěn)定性。xx采樣環(huán)路采樣無(wú)源控制環(huán)路無(wú)源控制環(huán)路x阻尼動(dòng)態(tài)協(xié)同環(huán)路合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■無(wú)源控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程從單機(jī)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的控制方程出發(fā)，建立以并網(wǎng)電感電流為控制對(duì)象的合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■無(wú)源控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程得能量的最小點(diǎn)處為期望值。通過(guò)聯(lián)立期望的閉環(huán)系統(tǒng)PCH方程求解無(wú)源開(kāi)環(huán)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：閉環(huán)哈密頓函數(shù)：期望的互聯(lián)矩陣和阻尼矩陣為：Q=diag[L,L,1]ξ=[-ugd/L,-ugo/L,-uaeidc]T.合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)2(非線性觀測(cè)器環(huán)路設(shè)計(jì)):該環(huán)路輸出是即插即用帶來(lái)的非線性擾動(dòng)的估計(jì)值，輸入到無(wú)源控制環(huán)路，這樣可以提升逆變器的抗擾能力。xP環(huán)路xPuu環(huán)路合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)所提適用于跟網(wǎng)型逆變器的非線性觀測(cè)器基于統(tǒng)—PCH模型，實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)器和無(wú)源控制器相互融合設(shè)計(jì)，保證引入觀測(cè)器之后的◆引入的虛擬等效電壓源將逆變器即插即用等外界電網(wǎng)結(jié)構(gòu)/參數(shù)變化引起的并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化反映到觀測(cè)器輸出中。合肥工紫大夢(mèng)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■穩(wěn)定性證明：Pud10■結(jié)合非線性觀測(cè)器后的無(wú)源控制律：通過(guò)引入所提非線性觀測(cè)器，可解得單機(jī)系統(tǒng)下的無(wú)源控制律。無(wú)源控制律的非線性通過(guò)狀態(tài)變量的乘積體現(xiàn)在表達(dá)式中。u?=Wgo0-T?r+e?(ra+r)+(e?-x合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)3(阻尼動(dòng)態(tài)協(xié)同環(huán)路):單機(jī)擴(kuò)展到多機(jī)時(shí)，該環(huán)路實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地調(diào)整阻尼以保證系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)性能。xP采樣環(huán)路P采樣uX無(wú)源控制環(huán)路uX阻尼動(dòng)態(tài)協(xié)同環(huán)路基于無(wú)源性理論的跟網(wǎng)型逆變器分布式穩(wěn)定控制簡(jiǎn)化示意圖合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■為何要設(shè)計(jì)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)協(xié)同環(huán)路?·無(wú)通訊方案：直接利用局部測(cè)量信息，預(yù)先設(shè)置協(xié)作規(guī)則(的相互協(xié)調(diào)。合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■協(xié)作規(guī)則(指標(biāo))選取動(dòng)態(tài)性能。3二d軸電流/Ad軸電流/A23d軸電流/Ad軸電流/A23二d軸電流/Ad軸電流/A2一一時(shí)間/s合肥工紫大夢(mèng)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)■協(xié)作規(guī)則(指標(biāo))選取所提自適應(yīng)協(xié)同控制實(shí)施方法：當(dāng)電網(wǎng)阻抗波動(dòng)時(shí)，每臺(tái)逆變器將根據(jù)預(yù)先定義的非線性下垂曲線設(shè)置阻尼，以確保多逆變器設(shè)備無(wú)通信情況下的整體動(dòng)態(tài)性能。構(gòu)建阻尼系數(shù)ra與電網(wǎng)阻抗之間的關(guān)系(非線性下垂曲線):ra=f(Lg)在多逆變器系統(tǒng)中的第n臺(tái)逆變器(低輸出功率)1阻尼系數(shù)r。與電網(wǎng)阻抗之間的關(guān)系(非線性下垂曲線)合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)高電網(wǎng)阻抗情況下，采用傳統(tǒng)PI控制時(shí)電網(wǎng)電流出現(xiàn)振蕩，且伴隨設(shè)備投切發(fā)生非線性頻移。當(dāng)采用所提出無(wú)源控制方案時(shí)，振蕩現(xiàn)象消傳統(tǒng)PI控制提出的控制策略(16ms/Div)1#逆變器并網(wǎng)電流in(5A/1#逆變器并網(wǎng)電流in(5A/Div)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：采用傳統(tǒng)PI控制和所提無(wú)源控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果合肥工紫大學(xué)4.新能源發(fā)電集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)動(dòng)態(tài)性能驗(yàn)證：自適應(yīng)動(dòng)態(tài)阻尼環(huán)路)固定阻尼注入方法(a)采用傳統(tǒng)的固定阻尼注入所提自適應(yīng)阻尼注入方法b)采用所提自適應(yīng)動(dòng)態(tài)阻尼注入在具有不同阻尼控制回路的雙并聯(lián)逆變器系統(tǒng)中，#1逆變器電網(wǎng)電流階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)波形合肥工紫大夢(mèng)提綱1)在接入電網(wǎng)的高滲透率新能源發(fā)電末端弱電網(wǎng)中，跟網(wǎng)型控制技術(shù)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，仍是經(jīng)濟(jì)性較好的主流并網(wǎng)控制方案；2)采用構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)可有效提升新能源場(chǎng)站系統(tǒng)弱網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性；3)隨著新能源滲透率的進(jìn)一步提升，基于無(wú)源性的新能源集群分布式穩(wěn)定控制技術(shù)將逐步提升占有率而發(fā)揮更大作用。合肥工景大