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。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

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。

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。

基于改进灰狼优化算法的同步发电机交流励磁控制方法

交流励磁控制是保证同步发电机运行稳定的重要手段,但当前现实中控制效果并不理想,不仅同步发电机励磁电压标幺值偏差比较大,而且超调量也比较高。针对当前同步发电机交流励磁控制存在的不足和缺陷,本文提出基于改进灰狼优化算法的同步发电机交流励磁控制方法。以同步发电机励磁电压标幺值偏差最小为目标建立发电机交流励磁控制目标函数,通过降低灰狼优化算法中种群规模和迭代次数以及引入动态收敛因子实现对灰狼优化算法改进,利用改进灰狼优化算法求出最优同步发电机交流励磁控制策略,实现基于改进灰狼优化算法的同步发电机交流励磁控制。经实验证明,设计方法应用下发电机励磁电压标幺值基本接近1pu,超调量不超过1%,控制效果良好,可以有效保证同步发电机稳定运行。

虚拟同步发电机参数设计及优化研究

虚拟同步发电机的参数众多,参数设计较为复杂,常规方法难以保证设计效果。针对该问题,采用控制变量的方法改变阻尼系数、转动惯量、下垂系数和积分系数值大小,在分析比较不同参数值下虚拟同步发电机的有功、无功动态响应效果的基础上,通过建立以系统动态响应稳定性能为目标的优化函数,提出了一种基于松鼠搜索算法的虚拟同步发电机参数优化设计方法。仿真结果表明,提出的参数优化设计方法能够更准确地选择出合理参数,有效提升了虚拟同步发电机的动态响应性能,具有较好实用性。

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。

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。

基于狼群算法的虚拟同步发电机并网逆变器不平衡电网下多目标优化控制研究

针对电网电压不平衡情况下虚拟同步发电机(VSG)并网逆变器并网输出电流不平衡、有功功率及无功功率波动的问题,提出一种基于狼群算法的VSG并网逆变器多目标优化控制方法。针对电流平衡、抑制有功、无功波动间的矛盾,设计多目标优化控制,引入调节系数和不平衡度,建立负序参考电流统一表达式及多目标优化函数,并通过狼群算法对多目标函数寻优,实现三个控制之间的协调控制,提高了VSG逆变器输出电能质量。最后,对所提出控制方法进行仿真分析,验证其可行性和有效性。

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。

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。

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。

基于改进SVD-Prony算法的永磁同步风力发电机参数辨识

准确建立永磁同步风力发电机模型对分析与控制电网安全稳定至关重要,但发电机参数难以准确确定,因此依据永磁同步风力发电机定子侧三相短路电流的基波分量和谐波分量变化规律由发电机参数决定的特征,提出了基于改进SVD-Prony算法的永磁同步风力发电机参数辨识方法。通过对2种类型的算例进行参数辨识,验证了本文提出的永磁同步风力发电机参数辨识方法可行、辨识模型有效、辨识参数准确。

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。

虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法

近年来,微电网作为一种可再生能源接入电网的有效载体,已受到越来越多的关注。微电网中的分布式电源大多需要通过逆变器实现并网和输出电能,然而传统的逆变器控制算法只考虑快速响应,并没有类似同步发电机的惯性特征,因而对电网冲击较大。针对该问题,在总结了虚拟同步发电机(VSG)支撑微电网稳定运行控制策略的基础上,结合同步发电机的功角曲线和转子惯量的物理意义,提出了一种自适应虚拟转子惯量的VSG控制算法,并通过对分布式电源小信号模型的分析,确定了自适应惯量系数的选取原则。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真工具,分别在并网和离网运行模式下验证了所提算法的有效性。

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。