基于相位跳变补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型(grid-forming,GFM)逆变器控制技术之一,在提升电网的惯量、支撑电压等方面发挥巨大作用,但目前针对VSG短路故障的低电压穿越(简称“低穿”)控制策略的研究亟需进一步完善。在电力系统中,短路故障的发生与切除均会导致电网的拓扑结构随之改变,进而造成VSG并网点电压幅值与相位跳变。针对这一问题,该文分析了故障时幅值、相位跳变对常规低穿控制策略的影响,提出一种基于幅值切换与相位补偿的VSG改进低穿策略。该策略分别从幅值与相位两个角度对逆变器端口电压进行调控,能够实现低穿期间的过流抑制及功率输出的快速稳定。此外,该文针对故障恢复时同样存在并网点电压相位跳变问题,为抑制此时电压跳变对逆变器造成的过流冲击等问题,分析了VSG改进低穿策略在故障恢复期间的适用性;在此基础之上,进一步利用辅助控制实现低穿控制策略的平滑退出,恢复VSG正常控制状态。最后,利用MATLAB/Simulink仿真验证所提策略的有效性。

电网对称短路故障时虚拟同步机电流解析计算及影响因素分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术能够显著改善新能源电力系统“低惯量”、“弱阻尼”等问题。目前VSG相关研究主要集中在惯量支撑、稳定性分析等方面,对于电网短路故障时VSG输出电流特性的研究相对匮乏,亟需开展相关研究工作。该文针对电网发生三相短路场景,在考虑电流控制内环响应时间的基础上,基于无功–电压电路方程与无功–电压控制方程,构建了有关VSG虚拟内电势的微分方程并进行求解;通过虚拟阻抗方程中电流与虚拟内电势的函数关系,进一步得到了VSG的短路电流解析表达式。在此基础上,该文明确了不同短路故障电压条件、不同控制参数对VSG故障特性的影响。最后,利用MATLAB/Simulink仿真验证了该文推导所得短路电流解析表达式及相关影响因素分析的正确性。

计及锁相环动态响应特性的光伏并网系统故障电流解析计算

锁相环(phaselockedloop,PLL)在光伏跟网型(grid-following,GFL)逆变器并网系统中发挥着重要的作用。当系统发生故障且导致公共耦合点(pointofcommon coupling,PCC)电压发生相位跳变时,由于锁相环存在动态响应过程,其锁相偏差会对故障电流特性产生较大影响。现有研究仅给出了PLL锁相偏差为常数下的故障电流解析表达式,考虑锁相环动态相位偏差的故障电流解析计算亟需进一步完善。针对这一问题,该文计及锁相环的动态响应特性,分析了锁相环的锁相偏差对光伏并网系统故障电流解析计算的影响。在忽略电流内环响应时间的基础上,建立了考虑锁相环动态响应特性的故障电流解析计算模型,揭示了故障期间锁相环的动态响应特性对故障电流的影响机理,明确了故障电流的谐波特性。最后,基于MATLAB/Simulink仿真分析,验证了所提故障解析计算模型的正确性。

适用于高比例风电接入的自适应低电压故障穿越控制策略

随着高比例新能源电力系统的发展,系统等效转动惯量大幅下降,电网发生故障时,系统频率稳定问题愈发凸显。然而新能源电源传统的低穿控制策略仅考虑电压支撑需求,并未考虑大面积风电机组低穿成功造成的暂态低频问题。基于此,该文提出一种综合考虑电压与频率变化量的自适应低电压故障穿越控制策略。该控制策略通过构建电压与频率变化量指标并比较二者大小实现低电压故障穿越控制策略切换。当电压指标小于频率指标时,切换至有功功率优先模式,通过调整有功电流参考值,增大风机有功功率输出,从而有效缓解传统低穿策略下高比例新能源系统的暂态低频问题;反之,则选择无功功率优先模式,增大风机无功功率输出,以支撑系统电压。与传统低穿控制策略相比,新策略可以兼顾故障期间调压与调频需求,提升风电并网系统的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了所提控制策略的有效性。