新能源储能微电网惯量支撑性能研究

针对传统虚拟惯量控制无法在频率恢复阶段使直流母线电压恢复至额定的问题,提出1种采用高通滤波器的虚拟惯量控制方法。MATLAB/Simulink仿真结果表明,直流母线电压变化可以反应微电网实时频率,新型虚拟惯量控制策略可以保证频率变化全过程稳定,在频率恢复阶段减小虚拟惯量加快频率恢复,为后续频率调节提供充足时间裕度。高通滤波器虚拟惯量控制方法可以使直流母线电压恢复至初值,在不改变超级电容储能惯量支撑的基础上,使新能源储能微电网保持直流母线电压稳定。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。

直流微网储能端的多模式虚拟惯性控制研究

提升直流微网惯性是避免引入恒功率直流负载引发直流电压振荡的关键。考虑系统在不同电压变化率下对补充功率响应速率要求的差异,文章首先提出直流微网储能蓄电池端的多模式虚拟惯性控制策略,采用线性和指数两种模式以不同速率提供惯性功率,减小直流电压波动;其次,推导两种模式下的等效虚拟电容表达式,建立虚拟电容与电压调整间的动态关系;最后,搭建含储能的直流微网系统仿真模型,验证所提控制策略对直流电压稳定支撑的有效性。

基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法

虚拟同步机通过模拟转子运动方程从而使电力电子装置具有同步发电机的惯性和阻尼特性。然而,虚拟同步机与串联电容补偿电网连接时易发生次同步振荡。针对该问题,该文首先建立虚拟同步机与串联电容补偿电网的序阻抗模型,其次,采用伯德图分析次同步振荡发生的机理,研究传统有源阻尼方法的局限性。在此基础上,提出一种基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法。在虚拟同步机阻尼系数的反馈回路中增加阻抗重塑控制器,进而利用伯德图分析改进系统的阻抗特性。该阻抗重塑方法可以减小虚拟同步机与串联电容补偿电网在低频段的阻抗相位差,有效抑制次同步振荡发生。相较于传统的有源阻尼控制方法,所提出的次同步振荡抑制方法可以较好的适应系统运行方式变化,并且不会引起虚拟同步机工作点偏移。最后,通过仿真和实验验证所提方法的有效性。

含自适应虚拟电容控制的直流母线电压综合控制策略

由于直流微电网广泛采用传统下垂控制,因而在恒功率负荷扰动时,系统存在母线电压变化速度快、振荡、偏移大等问题,不利于电压敏感负荷的正常运行。为解决上述问题提出一种由改进的自适应虚拟电容控制(improved adaptive virtual capacitor control,IAVCC)、振荡抑制器和电压补偿器组成的直流母线电压综合控制策略。其中,IAVCC在负荷扰动时可根据母线电压变化率自适应地调节虚拟电容大小,从而增强直流微电网惯性,减缓母线电压变化速度,改善系统动态特性。在此基础上,振荡抑制器通过滤除母线电压的高频振荡分量,显著地抑制了电压振荡。此外,电压补偿器可实现母线电压无偏差调节,解决了负荷功率增加时母线电压跌落严重的问题。所提出的综合控制策略实现了直流母线电压动态特性优化、振荡抑制以及无偏差调节,改善系统动态性和稳定性。最后通过基于RTLAB的实验验证所提策略的可行性。

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。

改进型LCL并网逆变器电容电流正反馈控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器采用传统电容电流比例有源阻尼进行入网控制时,阻尼环等效为并联在电容两端的虚拟阻抗Z_(eq)(s),而Z_(eq)(s)的负阻特性易导致控制系统无法适应较宽范围内变化的电网阻抗,鲁棒性较差甚至失稳。鉴于此,提出一种改进型电容电流有源阻尼正反馈控制策略,通过在阻尼环路中引入二阶谐振环节,利用频域分析法给出了相关参数的设计过程,可有效扩大Z_(eq)(s)的正阻特性范围,并网逆变器在弱电网下的鲁棒性得到增强。最后,通过仿真验证了改进型方法的合理性和有效性。

虚拟阻容下的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

针对LCL滤波器自身谐振以及多逆变器并联谐振引发逆变器输出电压不稳、破坏电能质量等突出问题,建立了三相滤波等效电路模型,分析了谐振产生机理,重点设计了基于虚拟电容、虚拟电阻的优化组合谐振抑制策略。主要考虑虚拟电容可强化高频滤波能力,简化控制算法;虚拟电阻的设计旨在增大系统阻尼,增强逆变器并网谐振抑制效果。此外,引进电感电压前馈控制可降低LCL型逆变器系统阶次,优化对谐振的抑制效果,有利于提高系统稳定性和鲁棒性。最后,搭建了仿真模型和实验平台验证控制策略的可行性,并网电流波动性明显减弱,THD小于5%可平稳入网,说明了策略的有效性。

基于FPGA的双馈风力发电机定转子解耦数字镜像超实时仿真

为实现双馈风力发电机(doubly fed wind generator,DFIG)大规模实时仿真,设计了一种基于现场可编程逻辑阵列(field programmable gate array,FPGA)的DFIG数字镜像IP核。并提出面向异步机定子与转子“T型”等效电路解耦的虚拟电容等效法,在此基础上提出DFIG内部各组件并行算法,最后构建DFIG-IP。通过流水线优化设计,完成基于FPGA的DFIG-IP在4种工况下计算精度与计算速度的实验验证。研究结果表明:该文所提方法降低DFIG异步机求解模块所需FPGA资源约77%;基于FPGA设计的DFIG-IP在500 MHz时钟频率下,超实时加速度比可达27.8,单个DFIG-IP占用ZCU106资源不超过20%;所提方法能够满足DFIG并网系统实时仿真在精度与速度上的要求。研究结果可为含大量新能源并网系统的电磁暂态仿真加速研究提供参考。

风电机组的自同步电压源控制研究综述

电力系统正朝着高比例新能源和高比例电力电子装置的“双高”特征方向发展,电压源风电机组具备建立电压、自主快速支撑电网电压和频率的能力,有助于“双高”电力系统的安全稳定运行,为“双高”电力系统的构建提供了一种可能的电源侧解决方案。文章依照电压源控制方法发展的脉络,首先阐述了并网变换器的电压源控制方法,进而针对风电变流器的双变换器特征,总结了电压源控制在两种主流风电机组中的应用,包括稳态频率响应和电网故障下的限流控制及暂态电压支撑等,给出了风电机组自同步电压源技术的现状。最后,对电压源风电机组大规模应用面临的技术挑战进行了展望,指出了技术攻关的方向。

孤岛下虚拟同步发电机并联功率分配控制策略

微网系统中,如多台并网逆变器采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并联时,线路阻抗的差异将会导致无功功率无法正确按比例分配,甚至产生无功环流。虚拟阻抗法是目前公认最简单有效的功率分配策略,但其加入会导致电压控制精度的下降。基于此问题,本文对孤岛模式下的微电网系统提出采用VSG定子方程虚拟阻抗的无功功率均分策略,并结合自适应虚拟感抗与虚拟容抗相结合的控制方案,在保证有功、无功功率均分精度的同时,减小电压的跌落程度,并与常规的虚拟阻抗方法进行了对比分析。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真分析,结果表明所提控制策略对于功率均分精度和电压控制精度具有很好的控制效果。

一种拓扑不对称的三相电力有源滤波器研究

提出了一种适用于三相有源电力滤波器的不对称拓扑,该拓扑结构将无源滤波器与低功率有源滤波器结合以降低电压型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)的容量,减少系统损耗。该拓扑包含一个三相桥、两相双谐振LC无源滤波器和一相耦合电感。所设计的拓扑方案通过减少器件数量,探讨器件参数差异对有源滤波器(Active Power Filter,APF)补偿效果的影响。并提出了一种基于虚拟电容电压的补偿控制策略,实现对系统的有效控制,仿真和实验表明本文所提出的拓扑和控制策略是可行的。该拓扑及其控制策略方案在减少器件数量的同时,也便于结合传统对称控制策略使用,易于工程实现。

适用于少子模块混合型MMC直流故障穿越的均压调制策略

针对混合型模块化多电平换流器(HMMC)在中低压场景子模块个数受限以及直流故障穿越期间的电容电压平衡问题,提出适用于少子模块HMMC直流故障穿越的调制技术以及直流故障穿越期间的电容电压平衡控制方法。从虚拟半桥子模块角度对全桥子模块拓扑进行解耦,统一HMMC的内部拓扑。基于虚拟调制改进载波移相脉宽调制方法,提出适用于HMMC多工况运行模式切换的混合调制技术。进一步考虑直流故障穿越期间的子模块电容电压平衡需求,基于优化子模块充、放电能量分布的思想,重构脉冲映射关系,提出分层脉冲自适应平衡控制方法。仿真结果表明,所提策略实现了少子模块HMMC直流故障穿越,并有效保障了直流故障穿越过程中子模块的动态电容电压平衡。

基于换流器电容存储能量的DFIG虚拟电容控制

传统双馈风力发电机组由于自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,导致系统在运行过程中的抗扰动能力减弱,电网稳定性受到挑战。根据换流器特性,建立变流器直流母线电容电压和变流器有功功率偏差的函数模型,提出一种基于换流器直流母线电容存储能量的虚拟电容控制。在风速变化以及暂态故障下能够充分利用换流器直流母线电容所存储的能量来增强风力发电机自身惯性,降低直流母线电压变化幅值,提高风机功率输出稳定性。通过仿真验证了附加该控制策略的有效性。

基于虚拟电容与转子转速控制的双馈风电机组稳定性研究

传统双馈风力发电机组因自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,会减弱系统在运行过程中的抗扰动能力,使电网稳定性受到挑战。本文根据变流器特性,建立变流器直流母线电容电压与变流器有功功率偏差以及转子转速响应的函数模型,提出一种基于变流器直流母线电容电压变化的虚拟电容控制以及转子转速协同控制策略,最后在软件中验证策略的可行性。仿真结果表明,在不同工况下,该协同控制策略能增强双馈风力发电机惯量响应能力,提高转子稳定速度,降低变流器母线电压与有功功率变化幅度,稳定机组输出。

不平衡网压下储能型MMC的改进虚拟同步机控制

基于传统虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制的储能型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)在不平衡网压下输出电流不平衡且存在功率二倍频脉动.为避免过大的有功功率纹波影响网侧频率支撑性能,针对改进型MMC超级电容对称储能系统(Improved MMC based on Symmetrical Super Capacitor Energy Storage System,IMMC-SSCESS)数学模型,分析其在不平衡网压下电流不平衡与功率脉动产生机理,提出基于电流参考指令修正和负序电压补偿的改进VSG控制.研究结果表明:改进VSG控制能实现输出电流平衡、有功脉动抑制和无功脉动抑制3种控制目标,各控制目标下IMMC-SSCESS有功功率纹波显著降低或抑制为0,有效改善了其不平衡网压下的频率支撑性能.

PMSG风机直流电容虚拟惯性控制及惯性影响分析

为解决风电在电力系统中渗透率不断增加而导致的电网惯量不断降低的问题,提出了永磁直驱风机参与电网频率调节的直流电容虚拟惯性控制。该虚拟电容控制能够耦合直流电压和交流频率,利用储存在直流电容中的静电能提供惯性支撑,并能有效地抑制频率变化的斜率和减小最大频率偏差,提高频率的动态特性。此外,详细研究了影响虚拟惯性时间常数的关键参数以及虚拟惯性时间常数与直流电容的确切关系,并给出了相关参数的选取方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果表明直流电容虚拟惯性控制能够准确模拟同步发电机的惯性响应,其控制性能优于传统转子虚拟惯性控制。

无变压器非隔离型光伏并网逆变器直流注入控制技术

直流注入是光伏并网发电系统中的一个重要问题。IEEEStd.929-2000规定直流注入必须小于系统额定电流的0.5%。然而,目前关于直流注入问题的相关研究较少。借鉴电容隔离直流的特性,从控制理论角度出发,提出一种基于虚拟电容的并网逆变器直流注入控制策略,通过并网电流前馈至占空比实现虚拟电容,有效地消除了并网电流中可能存在的直流分量。分析此方案的工作原理,设计电流控制和锁相算法,并采用Matlab/Simulink进行仿真研究。在500W实验样机上进行方案可行性分析,实验结果验证了此方案的有效性。

基于虚拟电容的微网逆变器无功均分控制策略

在采用下垂控制的多逆变器微网系统中,针对线路阻抗差异所导致逆变器无功功率不均分问题,提出了基于虚拟电容的无功均分控制策略。该控制策略通过算法模拟逆变器输出端的并联电容特性,并根据线路阻抗差异自适应补偿线路阻抗压降,减小基频环流,提高系统无功均分能力。所提控制策略无需改变下垂特性,且无需检测公共点电压和线路阻抗参数,简化并改进了微网逆变器的无功均分控制。仿真和实验验证了所提方案的有效性。

直流微电网中多端口隔离型DC-DC变换器的改进虚拟电容控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压质量较差的问题,考虑当前分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求,提出一种多端口隔离型DC-DC变换器(MPIC)的改进虚拟电容(IVC)控制策略。首先,采用MPIC取代传统的Buck-Boost电路,实现储能系统内部微源相互电气隔离;其次,通过类比交流微电网中虚拟同步电机的调频控制,得到适用于MPIC的IVC控制;然后,建立其IVC控制下储能接口变换器(ESC)的小信号模型,深入分析负载扰动下直流母线电压的动态特性,针对扰动过程中产生的电压过冲现象,采用前馈补偿予以消除,并给出电压跟踪系数、虚拟电容和阻尼系数等参量的整定方法;最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。