基于低压直流母线系统的惯量阻尼特性研究

随着新能源规模化推广,电网中的电力电子设备占比日益增加,对含直流母线的系统惯量阻尼特性水平造成显著影响。通过对并联于电力电子能量路由器低压直流母线系统中各功率变换环节的功率传输特性分析,结合同步机转子运动方程和电气转矩法,建立其直流电压时间尺度动态模型,推导建立了系统的惯量、阻尼和同步系数表达式;在此基础上,详细分析了系统稳态工作点参数、结构参数及控制器参数对惯量阻尼特性的作用机理,得出影响系统稳定的主要因素及其作用规律,从而为系统参数选取及稳定性分析提供了理论依据。最后仿真验证了分析结论的正确性。

基于改进惯量阻尼特性的VSG控制策略

针对虚拟同步发电机并网运行时存在有功输出功率动、静态特性不能兼顾的问题,该文基于经典控制理论,对虚拟同步发电机的惯量阻尼特性进行了深入分析研究。在此基础上,提出了一种基于改进惯量阻尼特性的VSG控制策略。该策略分别在传统VSG控制前向通道和阻尼反馈通道增加微分校正环节,通过改变其动静态特性,满足不同频段的控制品质需求,解决了传统虚拟同步发电机技术存在的不足。仿真结果表明,改进的惯量阻尼特性VSG控制策略可行、有效,并表现出优越的控制品质。

机械网络运动方程与构网型VSG惯量阻尼的比较

随着新能源和电力电子设备的广泛应用,新型电力系统面临着多方面的不稳定性挑战。为了克服这些挑战,采用构网型(grid-forming,GFM)控制技术,可以通过电压支撑和主动惯量调节替代同步机,以确保电力系统的稳定性。但构网型变流器自身的惯量阻尼机理尚不明确,其阻尼系数往往被忽略。该文从机械系统的运动方程出发,首先通过推导质量-弹簧系统的运动方程和构网型虚拟同步机控制方程本质上都是二阶微分方程;然后,通过实验仿真验证了机械网络和电气网络的惯量阻尼机理的一致性;最后,通过Matlab/Simulink仿真在IEEE 39节点系统中验证构网型VSG的阻尼系数在维持稳定同步状态中的关键作用。

基于功频下垂控制的光伏并网发电系统惯量阻尼机理研究

针对光伏以低惯量、弱阻尼的特征大规模接入电网,给电网稳定性带来不利影响的问题,基于功频下垂控制的光伏并网发电系统,借鉴经典电气转矩分析法,从物理机制层面上分析影响系统惯量、阻尼以及同步能力的作用规律。研究结果表明对于控制参数的影响规律而言,惯量特性主要受功率环的比例系数Kp影响,且随Kp的增大而增强;阻尼特性受频率下垂系数Dp影响比较明显,且随Dp的增大而减弱;同步特性只受功率环的比例积分系数Ki影响,且随Ki的增大而增强。通过仿真验证了理论分析的正确性。

光储一体化并网发电系统的惯量阻尼机理分析

以光储一体化并网发电系统为研究对象,利用多时间尺度建模的思想,聚焦于影响系统频率动态特性的主要时间尺度--直流电压时间尺度,建立了用于系统惯量阻尼特性分析的直流电压时间尺度动态模型。在此模型的基础上,利用电气转矩分析法从物理机制层面上分析了影响系统惯量效应、阻尼能力以及同步特性的主要因素及其作用规律。研究结果表明:系统的动态特性由其控制参数、结构参数以及稳态工作点参数共同决定。直流电压母线控制环中的比例控制器、积分控制器分别影响系统的惯性效应和同步特性;储能装置中的频率下垂控制主要影响系统的阻尼能力;工作在最大功率点跟踪模式的光伏变流器则无法影响系统的动态特性。此外,系统的动态特性还受到线路阻抗、直流母线电容等结构参数以及系统交/直流母线电压等级、稳态运行功率(功角)等稳态工作点参数的共同影响。仿真和实验结果验证了上述分析结论的正确性。