An Integrated Control Strategy Adopting Droop Control with Virtual Inductance in Microgrid

As there exists sorts of distributed generators in microgrid, an integrated control strategy containing different control methods against corresponding generators should be applied. The strategy in this paper involves PQ control and droop control methods. The former aims at letting generators like PV output maximum power. The latter stems from inverter parallel technique and applies to controlling generators which can keep the network voltage steady to make the parallel system reach the minimum circulation point. Due to the unworthiness of droop control applied in low-voltage microgrid of which the impedance ratio is rather high, the paper adopts the droop control introducing virtual generator and virtual impedance. Based on theoretical analysis, simulation in Matlab is also implemented to verify the feasibility of the strategy.

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。

一种基于虚拟功率的虚拟同步机功率解耦策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的分布式能源(distributed generation,DG)和电网之间的阻抗比过高,引起的功率耦合问题。对功率耦合机理进行了分析,通过相对静态增益系数建立了功率与阻抗比及功角的耦合度关系,提出了一种基于虚拟负阻抗的虚拟功率控制技术,利用虚拟阻抗计算虚拟电压,并将得到的虚拟电压反馈到功率计算部分,形成虚拟功率实现功率解耦,并基于耦合度约束条件给出了虚拟电阻和电感具体的求解方法。最后利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建仿真模型,通过与传统虚拟阻抗技术进行比较,验证了所提出的虚拟功率控制策略对减弱有功环与无功环之间的耦合有明显作用。

可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

直流微电网风储惯量协调控制策略

针对永磁直驱风机的惯量支撑能力随运行点变化的问题,考虑储能系统惯量的快速灵活支撑能力,提出了一种基于类虚拟同步发电机控制的直流微电网风储惯量协调控制策略。通过电压环控制回路参数的协调解决了当前风储类虚拟同步发电机控制在动态响应初始阶段存在的直流母线电压突变问题,省去了以往的前馈补偿修正环节。引入了2个分别与风电机组的惯量支撑能力和储能系统荷电状态相关的储能惯量支撑系数,实现了全工况下的风储惯量协调控制。针对惯量协调控制中风电机组完成惯量支撑后转子转速恢复过程所导致的电压二次跌落问题,设计了储能辅助转子转速恢复控制,平抑了直流母线电压二次的波动。在MATLAB/Simulink中进行时域仿真,验证了所提风储惯量协调控制策略的有效性。

基于虚拟领导节点改进的孤岛微电网完全分布式二次调频策略

传统分布式二次调频策略在虚拟领导节点频率信息出现故障时会导致微电网系统频率无法恢复,针对该问题提出并设计一种完全分布式二次调频策略。首先分析传统分布式二次调频策略虚拟领导节点故障对二次调频过程产生的影响;然后,结合一致性算法对传统分布式二次调频控制器加以改进,通过将调频补偿量与频率偏差的对消作为“频率引导项”加入各分布式控制器中,使得各分布式发电单元完全对等,以保证虚拟领导节点去除后频率的正常恢复,实现完全分布式控制;最后,通过仿真验证所提方法在保证频率恢复方面的有效性与优越性。

基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略

当前微电网并联逆变器下垂控制机制一般设定为独立式,控制的范围较难扩展,导致控制补偿差增加。为此,提出对基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略的设计与实践。先进行下垂控制特性提取,采用交互的方式,扩大控制的范围,设计交互控制机制。在此基础上,构建虚拟阻抗自适应微电网并联逆变器下垂控制模型,采用补偿核验的方式确保下垂控制效果。针对选定的5个测试逆变器,经过2个周期的测定得出的控制补偿差被较好地控制在1.05以下,说明此次在虚拟阻抗自适应原理的辅助下,所设计的微电网并联逆变器下垂控制方法更为高效,具有实际的应用价值。

惯量阻尼自适应虚拟直流发电机控制策略

直流微网无需考虑频率、相位等因素,拓扑结构简单且易于控制,但基于大量电力电子变换器接口的直流微网惯性较低,严重时会影响微网的安全稳定运行。针对此问题,文中通过分析扰动时电压波动各阶段系统对惯性的需求,以及惯量阻尼参数对系统惯性的影响,提出了一种附加动态调节系数的惯量阻尼自适应控制策略,可以根据电压变化率与电压偏差灵活调节系统惯性,减小功率波动对母线电压的影响。建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了惯量阻尼参数的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了直流微网仿真模型进行分析,验证了控制策略的有效性。

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。

基于增强精英保留遗传算法的虚拟微网群动态划分及能量局域自治

互联的多微网系统作为可再生能源利用的有效形式之一,随着“双碳”工作的推进越发受到重视。该文旨在研究基于海量可控设备的优化调节方法,以促进可再生能源充分就地消纳,提高多微网系统运行经济性。然而,对海量可控设备的全局控制将面临“维数灾难”的挑战。现有研究中基于地理分布的分区优化能够实现“降维控制”,但可再生能源出力的波动性与负荷在时间上的变化和空间上的迁移,都会导致固定分区的方法难以适用于多微网系统态势变迁下的能量动态管控。针对上述问题,首先建立微电网动态模型;进而提出通过增强精英保留遗传算法(strengthen elitist genetic algorithm,SEGA)将互联多微网场景划分为多个边界可动态调整的虚拟微网群,并进行能量“局域自治”优化;最后基于改进的IEEE-123节点模型进行仿真,结果显示1 h内动态边界虚拟微网群的总运行成本比固定边界虚拟微网群的总运行成本降低了13.6%,且所采用的SEGA的求解时间比传统遗传算法减少了7.09%。

基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于虚拟惯量模糊自适应的新能源逆变器频率主动支撑策略

新能源通过逆变器大规模接入孤岛微电网,导致系统惯量水平持续下降,系统频率面临严峻的失稳风险。针对此问题,提出了一种基于虚拟惯量模糊自适应的新能源逆变器频率主动支撑控制方法,利用新能源逆变器直流侧电容主动支撑系统频率。首先,通过在新能源逆变器控制回路中引入基于模糊控制的新能源逆变器直流侧电容电压-系统频率耦合的功率控制项,使直流侧电容具备与同步发电机相似的惯性响应。然后,计及频率响应过程对虚拟惯量的差异化需求,设计模糊控制规则,根据频率波动区间自适应调整新能源逆变器直流电容附加虚拟惯量,以减缓系统频率偏移速度,改善系统频率极值,并加快系统频率恢复速度。其次,通过构造李雅普诺夫能量函数证明了采用所提控制方法后系统的稳定性。最后,仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。

基于同步虚拟阻尼的多虚拟同步发电机功率振荡抑制策略

当由多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)组成的电网遭受外部扰动时,源端会出现功率振荡,影响系统的稳定运行。为解决这个问题,提出一种基于同步虚拟阻尼的多VSG功率振荡抑制策略;建立多VSG系统的传函模型,分析功率振荡的主要原因;通过功率下垂的比例微分特性,推导出同步虚拟阻尼的数学模型,并用于同步VSG控制环路中,从而增加系统在暂态情况下的等效阻尼,抑制系统的功率振荡。另外,通过构造能量函数的方法证明改进后系统的稳定性。最后,通过仿真验证了该控制策略抑制系统功率振荡的有效性。

基于虚拟储能的楼宇微电网综合能源优化研究

针对目前微电网系统的多能互补耦合问题,提出一种含虚拟储能的楼宇微电网优化新方法。首先由热平衡方程与人体舒适温度范围构建楼宇虚拟储能模型;其次建立引入虚拟储能模型的楼宇微电网结构,在人体舒适温度范围内对楼宇室温进行制冷/制热,完成虚拟储能的充放冷/热能管理,同时引入需求响应机制优化管理用户用能习惯;最后选用冬季和夏季两种典型气候场景为例,对独立的小工业厂房分别进行含和不含虚拟储能的微电网运行研究分析,以系统日综合运行成本最小为目标,使用改进的金鹰算法优化求解模型。仿真结果表明所提出的新型方法能降低系统的运行成本。

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。

虚拟直流电机的虚拟储能控制策略

虚拟直流电机控制在平抑直流微电网的功率波动、提升直流母线电压稳定性等方面已经得到广泛的应用。由于微电网中分布式电源的随机性和不确定性以及微网中负荷的投切都会使得直流侧母线电压出现较大的波动,为了提高母线电压的调节能力,利用可控负荷的调节能力,结合负载变换器的虚拟电机控制,提出了1种虚拟直流电机与可控负荷协调的虚拟储能控制策略。通过调节虚拟电机的角速度实现对可控负荷消耗功率的调节,进而补偿母线功率波动,提高母线电压的稳定性。建立了虚拟直流电机旋转动能与直流电容充放电能量关系,通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了该控制策略的有效性。

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。

并联逆变器参数协同自适应VSG控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制的微电网逆变器并联时,因线路阻抗不匹配存在无法实现功率均分的现象,尤其在受到负载功率扰动时系统的频率稳定性变差。针对此问题,提出一种阻抗-惯量-阻尼3个参数协同自适应VSG控制策略。通过建立系统的小信号模型推导出系统闭环的根轨迹方程,进而分析惯量、阻尼等系统主要参数变化对系统稳定性的影响。利用线路首末端电压和输出功率信息准确反算线路阻抗,并通过自适应虚拟阻抗实时修正线路阻抗,使等效输出阻抗与功率容量成比例,实现功率分配。在此基础上,利用自适应惯量和阻尼系数保障系统的频率稳定性。通过上述3个参数协同的VSG控制提升并联系统的功率分配精度和频率响应特性。最后,通过仿真与实验结果验证所提控制方法的可行性和正确性。

低压微网并联逆变器系统功率均分策略

针对低压微网中各线路参数不同导致并联逆变器有功功率的分配不均,提出了自适应虚拟阻抗的控制策略。首先以两台并联逆变器为研究对象,分析阻感比大的情形下有功分配不均以及环流产生的原因;其次通过引入自适应虚拟阻抗对传统下垂控制进行改进,并加入电压和频率补偿环节;最后在电压电流环中采用二阶广义积分和准比例谐振控制器提高系统的跟踪能力。通过Matlab搭建仿真实验,结果表明:自适应虚拟阻抗的引入,能够确保有功功率的均分,能够应对负荷变化的情形,在电压和频率补偿环节也能够有效改善母线电压的跌落以及提高系统的稳定性。