基于PR控制器的改进型虚拟同步发电机技术

电压控制型虚拟同步发电机技术(VSG)和电流控制型虚拟同步发电机技术是目前较主流的2种虚拟同步发电机技术。针对原有VSG技术对有功功率和无功功率的跟踪特性较差问题,提出一种改进型VSG技术。通过嵌入PR控制器,一方面可对有功功率和无功功率进行前馈补偿,以改善原有VSG的功率跟踪特性,使其能更好地适应并网,另一方面能实现在特殊情况下由改进的VSG平滑切换到原有VSG,以适应频率、电压快速变化的电网。在RT-LAB半实物仿真平台的实验验证了所提控制策略的正确性和可行性。

基于虚拟同步发电机的构网型光储变流器控制策略研究

为了抑制光伏发电的随机性和波动性的影响,提高微电网的供电可靠性,对离网工况下的微电网黑启动方案进行分析,并将其与虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略一起应用于储能变流器中,建立了储能变流器的VSG数学模型,推导了小信号模型表达式,通过在光储微电网系统引入惯性和阻尼,提高了系统电压和频率的稳定性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建模型,验证了零起升压策略的有效性,确保了黑启动过程中线路电压的稳定;并在并网工况下分析了光储微电网系统各个微源之间的协调控制,验证了构网型光储变流器控制策略的有效性。

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。

多微源独立微网中虚拟同步发电机的改进型转动惯量自适应控制

多微源独立微网中,传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制可改善频率响应特性,但无法兼顾功率和频率的动态调节性能。针对此问题,提出一种改进的转动惯量自适应控制(improved adaptive control of inertia,IACI)。首先,在同步旋转坐标系下建立VSG数学模型,并分析转动惯量对VSG输出特性的影响;其次,在VSG控制的基础上通过在转动惯量控制中引入频率变化量形成VSG转动惯量自适应控制,并给出频率跟踪系数、转动惯量和阻尼系数等参量的整定方法;最后利用Matlab/Simulink对比VSG控制和IACI控制在VSG并入微网和负载扰动条件下的有功和频率响应曲线,在由两台1k W的VSG组成的独立微网实验平台上进行实验验证,结果表明所提控制策略可避免VSG并入微网过程中的有功振荡,且可以有效优化频率响应曲线。

基于电流模型预测的虚拟同步发电机控制策略

提出一种应用于T型三电平并网逆变器的基于电流模型预测的虚拟同步发电机控制策略,构建电流离散预测控制模型,通过进一步优化分区,增加小矢量的选择,在减少控制器计算量的同时,兼顾中点电位平衡的控制效果并改善并网电流质量;根据转子角速度的偏差和角速度变化率来自动调整转动惯量和阻尼系数,缩短暂态调节时间,实现对频率和频率波动的有效抑制。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于改进灰狼优化算法的虚拟同步发电机功率分配策略

在虚拟同步发电机(VSG)多机并联运行情况下,由于VSG线路阻抗存在较大差异,所以无法实现功率的精确分配。针对该问题,提出一种基于改进灰狼优化(IGWO)算法的VSG功率分配策略,利用Cubic映射对种群进行初始化,通过二次非线性控制来控制收敛因子,提高全局和局部搜索能力,并引入动态比例权重加快算法收敛速度。在VSG控制单元中引入IGWO算法,自适应调节VSG控制中有功下垂系数kp和无功下垂系数kq。通过Matlab/Simulink对2台并联VSG搭建仿真模型,仿真结果表明该策略能够实现多工况下的功率精确分配。

分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)的基础之上进一步采用了直流电压稳定控制技术,提出改进的虚拟同步发电机控制策略。当光伏电源输出功率低于负载需求时起到抑制直流母线电压跌落、维持直流电压稳定的作用,实现按照负荷或并网功率需求进行功率匹配的目的。仿真与实验结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。

电流控制型虚拟同步发电机的小信号建模与稳定性分析

虚拟同步发电机（virtual synchronous generators,VSG）技术可以使新能源具有频率和电压支撑能力,因此得到广泛关注。目前虚拟同步机的技术路线可以分为电压控制型和电流控制型两大类。现有研究多聚焦于电压控制型VSG,而对电流控制型VSG研究较少。主要研究了电流控制型VSG的并网稳定问题,首先建立了电流控制型VSG的小信号模型,计算得到了系统特征根,分析了系统中各模态的阻尼特性。在此基础上,研究了电流控制型VSG控制参数对其稳定性的影响,并对电流控制型VSG在不同电网条件下的稳定性及其并网适应性进行了分析。研究结果表明,VSG控制环节对电流控制型VSG的稳定性存在显著影响,电流控制型VSG并网运行存在高频振荡和次同步振荡风险,需要合理整定其控制参数以保证其安全稳定运行。

级联型储能系统中虚拟同步发电机控制及电池自均衡策略

为更好地应对可再生能源装机容量不断提升而传统分布式储能系统容量小、电压等级低的问题,提出采用级联H桥拓扑实现单机电池储能系统(BESS)的高压、大容量化。为增强储能系统入电网友好性,对虚拟同步发电机(VSG)控制技术进行了研究,结合同步发电机的一次调频特性及调压特性,详细分析了同步发电机的二阶等效模型和VSG控制策略,建立VSG控制的宽频带小信号动态模型,定量分析VSG控制的固有功率耦合特性及交流侧阻抗对VSG控制的影响,提高了VSG模型准确度。通过频域模型分析虚拟惯性和阻尼以及无功控制参数与BESS性能的关系,为VSG稳定性分析及关键参数的设计与优化提供了依据。针对VSG控制下BESS模块电池荷电状态均衡的问题,提出一种改进型最近电平调制方法并给出了调制原理,实现了相内模块间荷电状态的自均衡。最后,利用搭建的仿真模型,验证了VSG在级联型BESS应用中的可行性、参数分析以及调制方法的有效性。

电网频率偏差下虚拟同步发电机改进控制研究

虚拟同步发电机(VSG)由于模拟了同步发电机(SG)的调频调压特性和惯性阻尼作用而得到广泛关注。传统的VSG特性分析一般针对电网频率为额定频率的情况,当电网频率不等于额定频率时,仍然采用传统VSG控制将会使VSG动态特性发生变化以及输出有功功率稳态值出现偏差,现有文献对电网频率偏差下的VSG动态特性缺乏分析且现有方案不能完全解决有功功率偏差问题。文章首先分析了电网频率偏差对VSG有功功率和频率特性造成的影响,进而提出一种改进有功频率控制策略,并对改进控制策略进行分析。最后通过matlab/simulink仿真验证所提控制策略在改善动态特性和消除稳态偏差方面的有效性。

基于线性二次型最优调节器的虚拟同步发电机控制策略

针对虚拟同步发电机控制下,功率调度指令突变时引起的系统频率波动以及频率偏移量较大的问题,提出了一种基于线性二次型最优调节器的VSG控制策略;通过分析输出频率动态响应特性,建立以角频率偏移量和功角偏移量为状态向量,输入有功功率偏差为控制向量的状态方程,求解系统最优控制规律,进行线性二次型最优调节器的设计;在Matlab/Simulink中搭建模型仿真,仿真结果表明:在负载扰动或有功阶跃工况下,基于线性二次型最优调节器的VSG控制策略,能够有效减小频率超调和暂态响应时间,改善频率动态响应特性;离网模式下系统暂态稳定性良好,即经过大幅扰动后频率可恢复至额定值,提高系统的运行稳定性。

基于虚拟同步发电机控制的T型三电平并网逆变器研究

微电网作为可再生能源接入电网的有效途径越来越受到人们的关注。微电网中的分布式电源大多需要通过逆变器实现并网,然而传统的控制算法只考虑响应速度和响应精度,并没有考虑类似同步发电机的惯性特征,因而会对电网带来较大冲击。为增加基于逆变器接口的新能源对保持电力系统稳定所需的惯性,本文借鉴同步发电机的转子运动方程、调频特性及无功调节特性,提出基于虚拟同步发电机的T型三电平并网逆变器控制策略;最后利用Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提控制策略的有效性。

虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略

随着新能源并网的增加,现有并网逆变器采用的直接电流控制无法有效跟踪电网电压。虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)技术通过模拟同步发电机运行机制,改善了系统稳定性,成为解决分布式电源高渗透率问题的有效方案之一。然而,虚拟同步发电机存在同步频率谐振现象,容易引发功率振荡,导致系统不稳定。该文分析电磁磁链的动态过程;通过建立虚拟同步发电机的宽频域功率动态耦合模型,发现有功–无功的功率耦合效应会加剧同步频率谐振;基于同步频率谐振的产生机理,采用有源阻尼控制的策略能有效抑制该谐振问题。最后,通过搭建实验平台,验证虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象、有功–无功动态耦合效应正确性及阻尼抑制策略的有效性。

虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼系数及电网的风能渗透率。首先,论述了近年来虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的研究进展,探讨了风能最大功率点跟踪(MPPT)与频率支撑的协调控制,并揭示了实际转子与虚拟同步转子的能量平衡关系。然后,分析了系统参数设计及其对稳定性的影响,并以主流的全功率型风机和双馈型风机为例,介绍了具体控制方法及其未来在大规模风电场聚合等值研究中的应用前景。最后,总结了当前存在的关键技术问题及可行的解决思路。

多虚拟同步发电机接入对电力系统机电振荡模式的影响

以多个虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）控制的电压源型换流站接入交流系统为研究对象,建立含多个VSG的闭环系统线性化互联模型,分析多个VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响,包括VSG接入对发电机机电振荡模式的影响和VSG接入对另一个VSG机电振荡模式的影响。采用阻尼转矩分析法揭示多个VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并进行理论验证,得出：当VSG控制子系统的开环模式与交流子系统的机电振荡模式或者与另一个VSG控制子系统的开环模式接近时,子系统间将产生强动态交互过程,导致闭环模式相互排斥,降低系统机电振荡模式的阻尼甚至引发机电振荡。最后,对多个VSG接入的交流系统进行非线性仿真,验证上述结论,给出参数设定建议。

直驱型电励磁同步发电机新型磁链观测技术

考虑电励磁直驱风力发电系统的运行特点,基于电励磁同步发电机(EESG)电压模型的磁链观测器是较合适的磁链观测方案。本文采用改进型二阶广义积分器(Improved Second-Order Generalized Integrator,ISOGI)来代替电压模型中的纯积分器,能有效解决纯积分器存在的直流偏置、积分饱和等问题,从而得到的一种新型的基于ISOGI的磁链观测器。采用此磁链观测器可以得到气隙磁链的幅值和相位,从而可实现基于气隙磁链定向的EESG矢量控制系统。仿真和实验结果表明基于ISOGI磁链观测器是可行的,且此方案在风力发电系统要求的频率范围具有较好的稳态及动态性能。

可再生能源电力系统的虚拟同步发电机频率控制策略

为解决可再生能源接入电力系统导致系统频率稳定性下降的问题,将虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略和优化算法相结合,提出了一种基于算法优化的VSG控制策略。对蚁狮算法进行改进并用于优化VSG的参数,使VSG的性能达到最佳;最后,将优化的VSG用于并网逆变器的控制;建立电力系统仿真模型,并与传统控制方案进行对比测试,结果表明:优化的VSG控制策略降低了系统频率波动的幅值和时间,阶跃负荷扰动下频率波动幅值降低了约0.00042 Hz,波动时间降低了约1.5 s,提高了可再生能源电力系统的频率稳定性。

电压源型虚拟同步发电机控制策略

新能源发电在电力系统中渗透率的不断提升给电力系统稳定性带来了影响.为了提高电力系统稳定性,本文研究和讨论了电压源型虚拟同步发电机控制策略.利用同步发电机的转子运动方程、一次调频调压特性,虚拟同步机的'惯量',建立电压源型虚拟同步发电机的数学模型,研究了电压源型虚拟同步发电机有功/频率动态响应特性,并分析了主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响.仿真和实验表明,电压源型虚拟同步发电机在外特性上近似等效为一个同步发电机,具有良好的调频调压性能,能很好地适应电网的运行要求.

同步发电机励磁存在的问题及其改进

我公司自备电站QF-15000—2型发电机原励磁系统采用晶闸管静止励磁方式，励磁机型号为BLZ-2A-2型。该励磁装置采用典型的带有续流二极管的三相半控桥式电路，由接于机端的变压器TM供给整流桥阳极电压，通过电压调节器改变三相晶闸管元件的导通角，实现对励磁电流的调节。其励磁控制器采用插件控制。励磁系统框图如图1所示。

基于虚拟同步发电机的微电网并离网安全控制策略

微电网作为综合能源系统的一大分支,广泛用于分布式电源的就地消纳。而随着冷、热、气等逐渐引入,对微电网安全控制的要求也越来越高。针对微电网的孤岛和并网建模及两运行状态之间的过渡过程进行分析,提出了改进虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)模型下的控制策略。通过引入合适的虚拟阻抗,有效模拟了同步电抗的特性,保证孤岛运行基本稳定的同时,使得并网至孤岛的切换在该模型下不需要添加额外的控制部分即可完成平滑过渡;针对孤岛至并网的切换,提出了改进型的预同步控制模型,该模型能快速准确地跟踪电网电压幅值、频率以及相位。最后,结合实际算例对所构造的模型在Matlab/Simulink环境下进行仿真,验证了所提模型的正确性及其优势。