基于频率前馈补偿的储能VSG并网有功响应优化策略

分析现有基于电磁功率前馈补偿的暂态阻尼方案,该方案可有效抑制储能虚拟同步机(VSG)并网有功的动态振荡,但会因降低其惯量支撑能力而存在频率过冲风险。为此,提出一种基于频率前馈补偿的暂态阻尼优化策略。该策略在不影响储能VSG惯量响应性能的前提下,可有效抑制其并网有功的动态振荡,既能大大减小有功超调,又不会引起频率过冲。最后,建立储能VSG并网系统的Matlab仿真模型与实验平台,仿真与实验测试对比结果验证了所提策略的有效性与优越性。

基于等效同步功率的孤岛并联构网变流器系统暂态稳定性分析

随着构网变流器在微电网中应用的增长,其对微电网暂态稳定的影响受到了广泛关注。不同于单机无穷大系统,孤岛并联构网变流器系统的频率和功角差相互耦合,暂态响应特性更为复杂。为精准分析孤岛并联构网变流器系统的暂态响应,文中基于功角耦合运动方程建立双机频率和功角差的三阶暂态同步模型,并且分析了双机出力差异和下垂系数对于暂态稳定的影响特征。为揭示出力和下垂系数对于暂态稳定的耦合机理,对双机系统进行等效同步功率分析,并且提出一种基于构网变流器出力的自适应下垂系数优化策略,可以根据出力差异自适应提升双机系统的等效同步功率,进而提升系统暂态稳定性。最后,采用实时仿真验证了三阶暂态模型的正确性和所提控制策略的有效性。

改进VSG和下垂控制双驱动的孤岛微电网稳定运行控制策略

针对孤岛微电网频率和电压在传统控制方式下难以保持稳定的问题,提出一种改进虚拟同步发电机和下垂控制双驱动的稳定运行控制策略。首先,在传统下垂控制中引入耦合补偿和虚拟阻抗,提出一种改进下垂控制策略;将辅助惯性加入虚拟同步发电机调速单元中提供惯性响应,并结合有功功率频率环路附加功率提出一种改进虚拟同步发电机控制方法;然后,基于电压同步控制器和双环控制器提出两种改进控制方法优势互补的暂态稳定性综合控制策略;最后,通过仿真和实验分析结果验证了本文所提控制方法和切换策略在负荷大扰动情况下的有效性,为后续微电网稳定运行控制提供借鉴。

多微型逆变器微电网频率暂态稳定综合控制研究

研究多微型逆变器微电网频率暂态稳定综合控制,有效控制微电网频率暂态稳定性,提升控制准确性,缩短调节时间。通过励磁控制与功频控制构建虚拟同步发电机控制方法,实现负荷小扰动下微电网频率暂态稳定控制;利用改进下垂控制方法,实现负荷大扰动下微电网频率暂态稳定控制;通过设计同步电压控制器与双环控制器,完成虚拟同步发电机控制方法与改进下垂控制方法的自由切换,综合控制不同情况下微电网频率的暂态稳定。实验证明,所研究方法在不同负荷扰动下,可有效实现微电网频率暂态稳定控制;在切换离网模式与并网模式时,能够有效切换控制方法,准确控制微电网频率暂态稳定性,缩短调节时间。

蜂巢状有源配电网中多端口能量枢纽控制策略

作为一种适应高比例分布式新能源接入的新型配电网架构,蜂巢状有源配电网利用多端口能量枢纽(multi-port energy hub,MEH)可实现多微电网/配网单元间功率的互联互济,如MEH中包含储能设备,可以进一步提升新能源利用率和电网可靠性。文中提出一种含储能的MEH及其分层协调控制策略。上层控制根据储能系统的荷电状态和配电网运行状态协调控制储能变流器与各并网端口变流器之间的功率分配,使得MEH在平抑新能源波动、配网故障恢复等运行模式下均能够对内部储能系统进行能量管理。下层控制通过将储能变流器有功功率的微分值反馈至储能系统控制环路进行补偿,提高储能变流器输入/输出有功功率响应速度。文中设计了MEH控制系统关键参数,利用MATLAB/Simulink对MEH在配电系统中的应用进行仿真。不同工况下的仿真对比验证了所提分层协调控制策略的有效性,证明该策略能够延长储能系统工作时间,提高储能系统有功功率变化率,减小直流母线的电压波动。

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。

云南电网水电机组参与一次调频改进方案

水电机组参与电网一次调频技术的应用目前在国内尚不成熟。针对这一问题,通过方案设计分析和仿真试验研究,为完善并投入云南电网内主力水电机组一次调频功能提出了可行的解决方案。该方案综合考虑了全厂监控系统与单机调速器控制功能的相互影响,通过协调两者控制动作保证水电机组一次调频功能够持续有效的发挥,满足支撑电网频率稳定的要求。所提出的技术方案对国内同类型机组具有实用推广价值。

基于改进非线性下垂控制的微电网并/离网切换技术研究

双模式并/离网切换过程中由于控制指令突变产生电压、电流畸变现象,对电网造成不良影响。而传统的下垂控制虽然避免了双模式出现的问题,但它是一种有差调节,也会产生一定的功率波动,影响电网的稳定。因此本文在分析上述问题的基础上提出一种改进的并/离网下垂单模式切换控制策略,即在切换前对逆变器输出电压幅值、频率和功率进行预同步,在切换过程中利用改进的非线性下垂曲线进行控制。实现了并/离网平滑无缝切换。实验仿真结果验证了所提策略的可行性。

适用于VSC-MTDC的改进直流电压下垂控制策略

针对电压源型换流器的海上风电场多端直流并网(VSC-MTDC)系统,提出一种考虑换流站间直流电压偏差的改进电压下垂控制策略,结合电压裕度控制和电压下垂控制的优点,引入2个控制参数,修正了换流站的直流电压与有功功率的特性曲线。在实现直流电压调节和有功功率平衡目标的基础上,有效缩短了换流站控制模式切换过程的暂态过渡时间,以防止直流电压不受控。控制器响应速度快,提高了电网的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了海上风电场5端VSC-HVDC并网模型,分别对换流站功率越限和风电场风速变化进行仿真,验证了提出控制策略的有效性。

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。

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。

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。

基于改进下垂控制的储能提升孤岛微网频率暂态稳定性的研究

孤岛模式下储能辅助交流微网调频更多是为了减轻同步发电机的稳态功率负担,但是稳态功率的分配无法很好地改善暂态过程中系统的动态性能,且应用储能辅助调频时,集中式处理需要通信手段,分布式处理主要关注的是频率支撑,当同步机故障时无法切换到下垂模式.针对这种问题,提出了一种储能参与调频的就地控制方法,该方法对下垂控制进行改进,当同步机发生故障时能够维持系统频率,提高了系统的稳定性与可靠性.最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法能够改善微网负荷变化后频率的动态响应特性,且在同步发电机因故障切除后保障系统频率的稳定.

含多分布式电源的微网暂态稳定分析

研究了微网内多个分布式电源采用P-f和Q-V下垂控制与PQ控制相结合的控制策略时微网的暂态稳定性。P-f和Q-V下垂控制为三环控制器,能控制独立运行微网的频率并实现微网内负荷功率共享。PQ控制为双环控制器,能控制使分布式电源输出功率等于参考功率。研究了微网在联网与孤岛运行两种模式下电动机负荷起动及功率变化、发生三相短路故障时微网的暂态稳定性,分析了各分布式电源的控制方法对微网稳定性的影响,得到了不同电动机负荷比例与临界故障清除时间的关系。

微电网并网下垂控制中主要影响因素的仿真分析

根据微电网中传统下垂控制的基本原理,建立了dq0坐标系下采用下垂控制的微网逆变器与配电网(假设为无穷大系统)并联时的数学模型,利用该模型详细分析了不同下垂系数、不同联系阻抗、不同初始相位差时逆变器空载与无穷大系统并联的过渡过程,得出了随着下垂系数的增大系统阻尼减小、联系阻抗值越大系统阻尼越大、初始相位差过大将导致并网失败的重要结论。对于并网后系统出现不稳定的情况,给出了频率变化波形,分析了下垂控制策略导致并网不稳定的原因,通过SIMULINK仿真对所建模型和理论分析的结果做了验证。

考虑故障限流的下垂控制型逆变器暂态控制策略

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为两个独立问题进行解决,鲜有研究兼顾功角控制与故障电流控制对下垂控制型逆变器展开综合调控。基于此,首先,对下垂控制型逆变器暂态特性展开分析,详细阐述电流限幅环节与无功-电压环路对逆变器暂态特性的影响。接着,提出兼顾故障限流与功角稳定性的下垂控制型逆变器暂态控制方法。所提方法综合考虑故障期间电网电压与逆变器端电压的变化,通过对有功-频率环路的优化调控实现功角稳定控制。此外,在功角控制的基础上,改进无功-电压环路控制实现故障电流的有效抑制。最后,通过仿真与实验验证了该文所提方法的有效性。

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。

基于光伏电站暂态特性的自适应暂稳控制方法

光伏电站作为一种解决能源危机的重要可再生能源应用受到全世界广泛关注。光伏电站由于难以在并入电网后提供平衡电网频率的惯性,在并网后存在暂态不稳定的风险。该文基于逆变电源暂态稳定性机理的研究,提出一种针对光伏电站的自适应暂态稳定控制方法。暂态稳定性机理表明下垂控制中的有功、无功下垂参数与暂态稳定能力分别呈负相关与正相关。根据此相关性,暂态稳定控制方法自适应地调整下垂控制参数,增强暂态稳定能力。基于光伏电站并网特性,提出了使自适应暂态稳定控制方法在暂态事件发生后参与控制的启动算法,降低了自适应暂态稳定控制方法对非暂态运行的影响。在PSCAD/EMTDC平台上完成了针对自适应暂态稳定控制方法适用性的仿真实验,实验结果证明自适应暂态稳定控制方法能够有效提高光伏电站暂态稳定能力。

高比例分布式发电接入配电网自适应控制方法

针对因分布式电源(DG,Distributed Generation)并网时线路存在压降损耗造成的无功功率输出精度不稳,以及因DG孤岛下发生功率缺额时造成DG出口电压和频率均出现大幅下降的问题,提出了一种改进下垂控制策略,解决了DG接入配网运行稳定性问题。在DG模型增加下垂输出功率的f-U反馈调节和压降补偿环节,将该控制系统应用于有源配电网的准同期并网模式、孤岛模式及两种模式的切换动态时域暂态响应过程,仿真结果表明了改进下垂控制策略的可行性,验证了该方法能实现电压频率的稳定和有功无功的有效控制,可以为有源配电网的稳定运行控制提供理论基础。

基于高阶系统模型的VSC-MTDC下垂控制策略研究

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)基于柔性直流技术及多站协调控制策略。首先,设计了适于VSC-MTDC的P-U_(dc)/U_(ac)-Q下垂策略及控制系统架构。其次,提出基于LCL高阶一次系统模型的电流内环、直流电压外环及下垂环控制器架构,并形成了优化控制参数的设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了10 kV 4端VSC-MTDC的仿真模型并进行控制参数优化,基于启动控制、稳态控制及临界阶跃响应3种暂态工况进行仿真分析。仿真结果表明,所提策略可实现各站直流母线电压的独立控制基础上的下垂式有功潮流控制,提升了VSC-MTDC系统的安全稳定性,且多种暂态工况下响应特性良好。