Transient Angle Stability of Inverters Equipped with Robust Droop Control

Transient angle stability of inverters equipped with the robust droop controller is investigated in this work.At first,the conditions on the control references to guarantee the existence of a feasible post-disturbance operating point are derived.Then,the post-disturbance equilibrium points are found and their stability properties are characterized.Furthermore,the attraction regions of the stable equilibrium points are accurately depicted by calculating the stable and unstable manifolds of the surrounding unstable equilibrium points,which presents an explanation to system transient stability.Finally,the transient control considerations are provided to help the inverter ridethrough the disturbance and maintain its stability characteristics.It is shown that the transient angle stability is not a serious problem for droop controlled inverters with proper control settings.

基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法

有功-频率下垂控制是微电网离网运行时的常用控制方法,然而存在频率偏差等问题。基于同步定频的有功-相角下垂控制具有众多优势,但尚未研究有功-相角下垂控制如何在并网工况下使用的问题。针对微电网场景,提出了基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法,设计了比例控制和比例积分控制2种控制器,用以补偿同步相位。此外,还提出了有功-相角下垂控制下微电网并网转离网的切换控制方法。再者,建立了所提并网控制方法下微电网的小信号动态模型,通过粒子群算法优化了并网控制参数。最后,通过基于Simulink平台的时域仿真和RT-Lab半实物平台的硬件在环实验验证了所提方法的有效性。

下垂控制逆变器的虚拟功角稳定机理分析

在大干扰下,电压源型的下垂控制逆变器会出现与传统同步发电机类似的暂态功角失稳,而且逆变器会因电流饱和而退变成一个电流源,进而出现更复杂的同步稳定问题。文中以逆变器单机无穷大系统为例,通过定义逆变器的虚拟功角,分别得出逆变器电流未饱和时的虚拟功角特性和电流饱和下的虚拟功角特性,在此基础上分析了逆变器的虚拟功角同步稳定机理和失稳过程,以及故障切除时间对逆变器虚拟功角暂态稳定性的影响,并将该分析方法扩展到虚拟同步机的暂态稳定分析中。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了失稳分析方法的合理性。

基于虚拟频率的微电网下垂控制策略设计

根据低压微电网线路主要呈阻性的特点,对有功功率和无功功率进行了解耦控制,有功功率分配采用电压下垂控制,无功功率分配采用相角下垂控制。在分析了下垂控制模型的基础上,考虑到分布式电源的相角由频率和初相角两部分决定,提出了虚拟频率的概念,并将其引入到电压?相角下垂控制策略中,将下垂控制时分布式电源虚拟频率的变化转换为初相角的变化。算例仿真结果验证了所提方法的可行性。

提高下垂控制逆变器虚拟功角暂态稳定性的控制方法

下垂控制逆变器在大扰动下存在类似于传统同步发电机的暂态失稳现象,且受到逆变器输出电流限幅环节的影响使其电压控制环失去作用,因而工作于饱和电流源模式。文中进一步分析了在暂态过程中由于电压非理想跟踪特性而导致虚拟功角曲线发生偏移、并使逆变器暂态稳定裕度下降的机理。在此基础上,提出一种估计逆变器输出电流并用于前馈控制的方法,以提高逆变器的电压跟踪性能,从而提高逆变器的暂态稳定性。此外,针对逆变器暂态过程中无稳定平衡点的问题,提出一种暂态同步控制策略。当逆变器电压控制环饱和失控时,将逆变器控制在合适的平衡点,以防止其发生暂态失稳,同时为系统提供无功支持。最后,采用单机无穷大系统验证了所提出方法的有效性。

含电流限幅器的逆变器暂态稳定性评估方法

大扰动条件下,用于抑制逆变器故障冲击电流的电流限幅器可能引起逆变器发生暂态功角失稳。但限幅器使得逆变器的模型存在连续不可导运行点,导致无法评估逆变器暂态稳定性。针对这一问题,文中提出一种含电流限幅器的逆变器暂态稳定性评估方法。以下垂逆变器为例,构建含限幅器的下垂逆变器的能量函数,并刻画逆变器的稳定域,最后基于RTLAB实验平台验证了所提方法用于逆变器暂态稳定性评估的有效性。

基于磁链-相角下垂的新型有功负荷分配控制研究

在传统的电压-频率下垂控制中存在复杂的多重反馈环路和较大的频率偏差,采用相角下垂控制可以有效地减小频率偏差但会影响有功分配的准确性,针对这些问题提出了一种基于磁链-相角下垂的新型有功负荷分配控制策略。首先,推导了基于虚拟磁链的相角下垂控制方法。然后,分析了磁链-相角下垂控制中影响有功分配的因素,进而提出了一种新型的有功负荷分配控制方案。该方案在不影响系统稳定性的前提下,通过加入补偿控制使并联逆变器按照其额定容量实现准确分配。最后,在一个具有并联逆变器的微网模型中验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明:所提控制策略能同时实现有功功率的准确分配和频率的零偏差,并且该策略采用直接磁链控制取代了传统的多重反馈环路,控制简单,动静态性能良好。

提高储能换流器电压及功角暂态特性研究

为提高储能换流器电压及功角暂态特性,对有功电流-频率、无功电流-电压下垂控制进行改进,提出一种根据输出电压有效值变化率表征下垂系数,根据电压调节量自适应调节下垂系数的无功电流下垂控制策略。引入滞环控制在储能换流器电流自适应有功电流-频率下垂控制中,通过滞环控制器将功角维持在一定范围内,确保当电网电压跌落故障时,储能系统功角稳定。Matlab/Simulink仿真和RTDS实验结果表明:所提新型控制方案可以提高储能对系统惯性无功支撑能力,提高储能控制系统对电压暂态波动的抑制能力,有效提升了储能换流器输出电压及功角暂态性能。

基于分层控制的并网控制策略研究

传统分层控制结合主从控制与对等控制两者的诸多优点,但微源层与能量管理层之间结构的连接与并网过程的控制细节仍有缺陷。为了完善分层控制策略,在传统分层控制基础上提出了两个改进点:下垂控制中加入并网功率调节,通过PI控制器,实现对三级控制指令的下达;在并网预同步器中加入了相角偏差判定环节,减小相角变化过程带来的频率波动。在Simulink平台下,对传统和改进分层控制策略进行仿真分析,结果表明该方法改善了传统分层控制的层间衔接,且并网表现良好,能够提高系统稳定性。

电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计研究

为提高微电网运行稳定性,加强对其运行过程的控制,文章采用文献资料法、逻辑推理法、模拟实验法,提出电压-相角下垂控制的微电网控制策略。试验结果表明,采用电压-相角下垂控制模式,替代微电网中电压-频率下垂控制方式,能够促使微电网处于孤岛模式运行时拥有更接近于工频的运行频率,对于提升微电网控制水平、提高其运行稳定性具有重要意义,可将电压-相角下垂控制策略在配电网结构改造中加以推广。

松弛小功角约束条件的虚拟同步发电机功率解耦策略

针对虚拟同步发电机(VSG)的输出功率在线路传输过程中存在耦合而引起功率控制产生稳态误差、动态振荡甚至发生控制失效的问题,在对功率耦合机理分析的基础上,提出了一种可松弛小功角约束条件的新型功率解耦方法,实现了更加精确的功率解耦。进而,对所提出的基于新型解耦方法的VSG建立了状态空间小信号模型,通过与传统方法对比分析证明:提出的解耦方法可以更加有效地减弱有功环与无功环之间的耦合影响;同时,提出的解耦方法可以增加系统的增益裕度和相位裕度,提高VSG的系统稳定性。最后,通过实验验证了所提方法可以有效消除由于功率耦合产生的稳态误差以及功率振荡,进而提高VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。

逆变型分布式电源并网运行暂态稳定机理与评估方法

逆变型分布式电源(IIDG)是可再生能源在配电网中的重要应用方式,其稳定运行依赖于控制策略及其所接入的配电网系统。在配电网发生暂态事件时,IIDG暂态响应复杂,易出现输出功率、功角等波动或振荡。该文以IIDG控制系统及其接入电网的数学模型为基础,分析功角特性曲线,以功角曲线簇提出其暂态稳定性判据。对影响IIDG暂态稳定性的并网参数、额定功率进行系统性分析,比较不同参数对暂态稳定性的影响。通过刻画暂态过程,提出了暂稳迭代判定法,迭代计算暂态事件下IIDG的功角变化并对其暂态稳定性进行判断。在PSCAD/EMTDC中建立仿真算例,验证了IIDG暂态稳定性机理,并通过改变并网的网络参数,证明了暂稳迭代判定法的有效性与准确性。

计及有差转子角控制影响的潮流算法

电网频率和发电机转速是发电机转子角的微分量,因此通过控制转子角即可实现有功跟踪和频率控制。文中阐述了实施有差转子角控制后负荷变化时,多个发电机无需调度指令自发调整出力,共同分担负荷变化并维持频率恒定的机理。随后给出了负荷变化引起的调整结束进入稳态后出力变化量和角度变化量的关系,并进一步给出了实施有差转子角控制后可用的潮流算法。分析表明,通过简单修正牛顿—拉夫逊法即可将其用于有差转子角控制的潮流计算,计算结果可以和仿真结果很好地吻合。该算法可以在实施转子角控制后用于静态安全分析或状态估计计算。

考虑暂态功角稳定和故障限流的并网逆变器下垂暂态控制策略

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性的影响以及暂态功角、短路电流与逆变器输出电压三者之间的关系。其次,以暂态功角稳定和故障限流为控制目标,通过在有功控制回路中引入暂态功角动态补偿项、在无功控制回路自适应调整电压参考指令值进行综合控制。最后,通过仿真实验验证了所提出控制策略不仅可以抑制故障过程中不平衡功率造成的功角持续增大和故障过电流,并一定程度上增加了故障期间无功功率,有利于故障电压恢复,从而实现下垂控制型逆变器在电网故障时的安全稳定运行。

基于模糊下垂的微网系统频率及平滑切换控制研究

微电网并网和孤岛2种运行模式之间的平滑切换及系统频率的稳定是主从结构微电网系统安全稳定运行的重要保障。结合微电网系统的运行特征,提出基于相位角切换的并离网切换方式,增加预同步控制模块使得在孤岛转并网时更快跟踪电网相位并加以补偿,解决切换中主从逆变器输出电压和电流的冲击问题;为保证微电网系统频率的稳定,提出基于模糊下垂控制的V-F控制策略并将其应用于基于相位角切换方式的平滑切换中,使得系统频率基本保持在50Hz,避免电压电流在切换中有过大的振荡及频率出现冲击等问题;最后搭建实验平台验证所提方法的有效性和稳定性。