孤岛微电网多虚拟同步发电机频率无差协调控制策略

传统虚拟同步发电机的频率控制为有差控制,且虚拟惯量的引入使得虚拟同步发电机呈现二阶振荡特性,导致孤岛微电网多虚拟同步发电机并联系统在受到负荷扰动时面临频率偏移和有功超调的问题。针对此,提出了一种多虚拟同步发电机频率无差协调控制方法。该方法包含了兼具有功精确分配的频率无差调节控制和阻尼改进控制两部分,通过利用母线频率全局一致的“通信”效果,以分散式的形式协调系统内各台虚拟同步发电机,可主动消除微电网频率稳态偏差且实现各台虚拟同步发电机按照容量承担负荷有功功率,并抑制系统的有功超调。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。

基于虚拟同步发电机的构网型光储变流器控制策略研究

为了抑制光伏发电的随机性和波动性的影响,提高微电网的供电可靠性,对离网工况下的微电网黑启动方案进行分析,并将其与虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略一起应用于储能变流器中,建立了储能变流器的VSG数学模型,推导了小信号模型表达式,通过在光储微电网系统引入惯性和阻尼,提高了系统电压和频率的稳定性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建模型,验证了零起升压策略的有效性,确保了黑启动过程中线路电压的稳定;并在并网工况下分析了光储微电网系统各个微源之间的协调控制,验证了构网型光储变流器控制策略的有效性。

基于自适应虚拟同步发电机的多端高压直流输电系统协调控制

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)系统中虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在维持交流电网的频率稳定时,无法兼顾直流电压波动调节的问题。针对MMC-MTDC系统中的受端换流器,将U^(2)-P直流电压下垂控制引入VSG控制器中,得到附加直流电压的VSG控制,该控制既能实现交流区域频率调节,又可以控制直流电压。通过分析VSG中转动惯量大小对交流电网频率响应的影响,在附加直流电压VSG控制基础上,设计一种基于模糊控制的自适应虚拟转动惯量调节方法,通过灵活调整虚拟惯量使换流器在支撑频率波动过程中表现出更平滑、迅速的动态响应性能。在MATLAB/Simulink仿真平台,对所提策略有效性进行验证,表明所提策略可以同时调节频率与直流电压,并能表现出更佳的频率动态响应性能。

不平衡电网下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机控制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed reluctance generator,BDFG)在风力发电领域有着广阔的应用前景。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的无刷双馈风电系统具有一定的电网频率支撑能力,但在电网电压不平衡工况下运行性能较差。提出了一种不平衡电网工况下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机策略,来降低不平衡的电网电压对BDFG系统的影响;其核心思想为使用原有BDFG-VSG来控制正序分量,在功率绕组正向同步旋转坐标系下使用基于降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)的直接谐振控制调节负序分量。详细分析了电网电压不平衡对BDFG各电量的影响,据此提出了5种可供选择的优化目标,最后通过仿真验证了该策略的有效性。所提出的策略可抑制不平衡电网工况下BDFG的各电量中的负序分量或二倍频分量,无需计算负序电流的参考值,对电网具有友好性。

孤岛微电网的虚拟同步发电机分布式协同二次调频控制

基于孤岛微电网中虚拟同步发电机一次控制存在的频率偏差问题,提出一种基于预定时系统的分布式二次频率控制策略。该策略通过预定时系统对一致性进行改进并适配虚拟同步发电机本体算法,使各逆变器仅依靠相邻单元的通信,即可实现系统有功缺额按容量分配与频率的无差控制。同时,预定时系统通过提前设定一致性的收敛时间,进一步提高频率的恢复速度,并且无需考虑初始容量与协议参数的影响,有利于分布式电源的即插即用,提高运行效率。最后通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制

针对孤岛微电网下虚拟同步发电机(VSG)一次控制存在的无功功率难以按照容量分配与电压偏差问题,提出一种基于预设时间一致性的分布式二次电压优化控制策略。该策略包含基于时基发生器的预设时间一致性算法以及与各分布式电源逆变器本体算法相结合的状态控制器,通过时基发生器将收敛时间提前确定,根据一致性算法对电压和功率输出偏差进行补偿,使逆变器仅依靠相邻单元之间的通讯即可实现无功功率分配与电压二次控制的目标。该策略无需考虑初始容量与协议参数的影响,保证了电压的定时快速恢复和无功功率的分配,同时收敛时间不受微电网容量扩展的影响,增加了微电网的灵活性和自由度。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。

自适应调节有功功率偏差的虚拟同步发电机暂态控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制的并网逆变器在电网电压跌落时存在功角暂态失稳及过电流现象,为此提出一种VSG暂态控制策略。根据VSG功角特性,推导出有功功率与功角暂态稳定性之间的联系,并基于VSG暂态电流特性,分析VSG无功动态响应特性与暂态功角变化的关系。在此基础上,以角频率偏差、有功功率偏差及有功功率偏差变化率三者的正负作为功角特性曲线的区间划分依据,设计出有功功率偏差系数分段自适应调节策略,通过控制有功功率偏差抑制功角增大,并对VSG输出过电流进行抑制,基于等面积准则证明了VSG的暂态稳定性。仿真分析结果表明,采用所提控制策略能够有效消除VSG控制并网逆变器的功角暂态失稳及过电流现象,且无论暂态期间是否存在稳定运行平衡点,所提策略均可确保VSG功角稳定。

一种虚拟同步发电机自适应阻尼补偿方法

针对系统电感对虚拟同步发电机控制系统存在等效负阻尼效应的问题,提出了一种自适应阻尼补偿方法。首先,基于虚拟同步发电机控制技术,通过dq变换和小信号分析建立系统的动态电磁方程和动态小信号模型。然后利用电磁转矩偏差分解出同步力矩系数和等效阻尼系数。最后根据等效负阻尼的产生机制,在有功-频率调节器中加入以系统频率、虚拟阻抗为自适应控制变量的阻尼补偿模块,实现对虚拟同步发电机阻尼的自适应补偿。通过MATLAB/Simulink仿真,并与基于传统的虚拟同步发电机控制方法及基于虚拟阻抗补偿方法等方法所获得的结果进行比较,表明文章所提出的自适应阻尼补偿方法具有更强的稳定性和更快的响应速度,验证了方法的有效性。

电压控制型虚拟同步发电机的高频谐振特性分析与抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)模拟同步发电机的运行机制,引入了有功调频和无功调压控制环节,与传统电流控制型变流器不同,是一种电压控制型策略。文中立足电压控制型虚拟同步发电机控制结构和网源协调特性,构建小信号分析模型,分析在不同控制参数与电网参数场景下的振荡模态,进而掌握电压控制型虚拟同步发电机并网系统的高频谐振特性,并针对性提出高频谐振抑制策略。首先,分别建立电压控制型虚拟同步发电机、传统变流器各控制和电气环节的小信号分析模型,通过特征根分析方法,定量分析所有特征根的振荡模态和阻尼比,发现电压控制型虚拟同步发电机存在与传统变流器类似的高频振荡模态;同时分析虚拟同步发电机控制参数变化、电网强弱场景对其高频谐振阻尼作用机理。其次,基于电压控制型虚拟同步发电机控制策略,以有源阻尼方法为解决思路,提出基于电流内环前端通道引入虚拟阻抗控制策略的谐振抑制方法,抑制其高频谐振。最后,利用Matlab/Simulink仿真和RT-LAB控制器在环实验结果验证所提出的控制策略,结果表明虚拟阻抗控制环节起到有效正阻尼作用,相比于无源阻尼方法,在无需额外增加测点和外部控制量的情况下,电压控制型VSG网侧阻尼特性改善,暂态响应能力增强,高频失稳现象得到有效抑制。

基于充电站调频能力的虚拟同步发电机控制策略

随着大量分布式电源的接入,微电网惯性水平显著降低,易导致频率失稳。而充电站(charging station,CS)内入网的电动汽车(electric vehicle,EV)可为电网提供辅助调频服务,基于此该文提出了一种基于CS调频能力的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。首先,提出了基于CS调频功率的VSG控制架构,并基于用户充电需求,提出了反映EV调频能力的调频参与度因子计算方法;其次,提出了CS调频功率可控边界评估方法和基于EVs分类方法的功率响应模型;进一步,设计了自适应转动惯量、阻尼系数以及基于CS调频功率边界的频率-调频功率控制器;最后,在MATLAB/Simulink上搭建的CS VSG模型上进行仿真,验证了所提出的控制策略能减小频率的偏移量,提高系统的频率稳定性和动态调节能力,并基于CS调频能力和频率偏移量决定响应调频功率,实现其在CS内EVs间的合理分配。

虚拟同步发电机参数设计及优化研究

虚拟同步发电机的参数众多,参数设计较为复杂,常规方法难以保证设计效果。针对该问题,采用控制变量的方法改变阻尼系数、转动惯量、下垂系数和积分系数值大小,在分析比较不同参数值下虚拟同步发电机的有功、无功动态响应效果的基础上,通过建立以系统动态响应稳定性能为目标的优化函数,提出了一种基于松鼠搜索算法的虚拟同步发电机参数优化设计方法。仿真结果表明,提出的参数优化设计方法能够更准确地选择出合理参数,有效提升了虚拟同步发电机的动态响应性能,具有较好实用性。

基于相位与幅值补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通过模拟同步发电机的工作原理,引入虚拟惯量与阻尼系数,提高了分布式电源并网的稳定性。但是当电网发生电压跌落时,电压的跌落与恢复均会使电网电压的相位与幅值发生跳变,而传统的VSG控制策略难以解决该问题。为此,文中提出一种基于相位与幅值补偿的VSG低电压穿越控制方法。首先,分析电网电压跌落与恢复对电网造成的不同影响。其次,在电网电压跌落期间,通过将VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差控制在允许范围内来实现过流抑制、输出功率的快速稳定以及无功补偿的目的。然后,在电网电压恢复时,通过快速补偿消除VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差,从而抑制因电网电压跳变而造成的过流等问题。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证所提控制策略的有效性。根据仿真结果可知,文中提出的控制策略可以有效抑制过流的产生并且能够实现无功补偿。

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。

虚拟同步发电机惯量及阻尼协同自适应控制研究

采用虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)控制的并网逆变器,当电网工况发生突变时,系统输出的功率和频率会出现超调和振荡。考虑到实际工程应用中,难以实现对角频率变化率的测量,为了提高并网逆变器的动态性能,经过对VSG的功角特性曲线和输出频率振荡曲线的分析,得到并网逆变器输入、输出功率差值与角频率变化率的对应关系,并依据参考功率与实际输出功率的差值,提出一种改进型的惯量及阻尼协同自适应控制策略。并通过仿真结果对其可行性和优越性进行了验证。

针对微网低频振荡的虚拟同步发电机阻尼控制

虚拟同步发电机的控制策略是基于同步机的转子摇摆方程设计,因此也存在传统电网的功率振荡问题。本文首先分析虚拟同步发电机控制环节产生的负阻尼效应,明确线路阻抗比与虚拟励磁系统在参数选取不当时可能使得系统低频稳定性降低;其次,提出一种同时补偿传递函数零点、力矩大小与相位的控制策略,并基于此策略构建虚拟阻尼力矩补偿器;接着,推导含虚拟阻尼力矩补偿器的多台虚拟同步发电机微电网系统小信号模型,并采用选择模式分析法进行振荡模式分析,根据特征根灵敏度矩阵协调设计虚拟阻尼力矩补偿器的参数;最后,搭建仿真模型验证了虚拟阻尼力矩补偿器的有效性。

基于虚拟同步发电机的多机逆变系统稳定性分析

为解决新能源并网逆变系统给电网惯量和阻尼特性带来的问题,虚拟同步发电机技术(VSG)得到广泛应用,但VSG的引入也可能对系统的稳定性带来影响。对此,首先在单机逆变系统小信号模型的基础上建立多机逆变系统小信号模型;然后,分析系统关键参数特征根轨迹,从参数异步变化角度研究目标参数对多机系统整体和各VSG之间高、中、低频稳定性的影响,揭示了多机系统参数的多频段稳定性影响规律,确定了多机系统部分结构和控制参数的稳定裕度。最后,通过仿真试验验证了理论分析的结论。

弱联络条件下并网虚拟同步发电机小干扰稳定分析

文中研究了弱联络条件下并网虚拟同步发电机的小干扰振荡稳定性问题。首先,建立了并网虚拟同步机的简化线性化模型;然后,结合劳斯稳定判据理论,推导了并网虚拟同步机的小干扰稳定性判据。对稳定性判据的进一步分析表明:无论电网强度以及控制参数变动,并网虚拟同步机总能保持稳定运行。所以,弱联络条件不会给并网虚拟同步机带来振荡失稳问题。最后通过仿真算例,演示并验证了理论分析的正确性。

多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的外特性来提高新能源发电系统的惯量水平及惯性支撑能力,但虚拟同步发电机也会存在传统同步发电机的功率低频振荡问题。文中针对多虚拟同步发电机并联系统的低频振荡机理进行了研究。首先,建立了多虚拟同步发电机并联系统的单机等值模型,推导了等值模型的数学表达式。然后,建立了有功分量和无功分量刻画的低频振荡频率解析表达式,进一步对影响无功功率振荡频率的参数进行灵敏度分析,实现模型的降阶,揭示了系统参数及控制参数对振荡频率的影响规律。最后,通过仿真及实验验证了模型的有效性及理论分析的正确性。

基于RBF-LADRC的虚拟同步发电机控制策略

随着大规模分布式发电技术的出现,为支持微电网的稳定运行,提出虚拟同步发电机(VSG)技术。由于VSG常用的电压电流双闭环控制存在动态响应时间久、抗扰动能力弱的缺点,考虑LADRC对扰动具有更优异的动态响应速度,该文提出一种用于VSG电压外环控制的线性自抗扰控制方案,并采用RBF对LADRC中的关键参数进行在线整定,以实现控制器的实时优化。在Matlab/Simulink平台下搭建仿真模型,并对所提出的改进策略与传统控制策略进行仿真对照,结果显示该策略可有效提高并网环境下虚拟同步发电机功率和频率稳定性。

虚拟同步发电机暂态频率建模及特性分析

大规模风电、光伏等新能源机组接入电力系统,将极大地改变系统的电源特性,使系统转动惯量水平下降,威胁系统的暂态频率稳定安全。虚拟同步发电机技术能够增强新能源机组对系统的惯量支撑能力,促进系统频率稳定。为了定量描述虚拟同步发电机的暂态特性,增强对VSG的控制能力,虚拟同步发电机的暂态频率建模亟需研究。基于新能源机组虚拟同步发电机控制策略,考虑新能源机组惯性响应、一次调频等特性,建立了虚拟同步发电机的暂态频率响应模型,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所建立的解析模型的正确性。最后,分析了不同控制参数对虚拟同步发电机暂态频率响应的影响,明确了控制参数对虚拟同步发电机暂态频率响应的作用规律,为控制新型电力系统频率稳定指明了方向。