基于改进虚拟同步发电机的构网型并联储能逆变器控制研究

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题,提出一种基于改进线性自抗扰控制(LADRC)的构网型变换器预同步控制策略。首先,采用无锁相环(PLL)控制策略,通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和幅值进行快速同步追踪,可避免因PLL精度较低和响应速度慢而引起的电力系统稳定性降低的问题。在此基础上,在有功频率支路模块的角频率输出端引入LADRC,这可以有效解决预同步控制过程中变换器输出电压频率存在过冲的问题,从而确保构网型变换器预同步控制顺利进行最终实现成功并网。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制模型并进行仿真验证,结果表明所提控制策略可以有效抑制系统频率震荡,并能够加速系统预同步进程,确保构网型变换器安全运行最终实现成功并网,仿真结果验证了所提方法的有效性。

船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制

船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压非理想的相位差而诱发电流冲击,进而导致岸电与船电电源切换失败。因此,该文首先提出船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制策略,其实施于锁相环确定的船电两相同步旋转坐标系中,可在无预同步的前提下完成岸电变流器无冲击自整步并入船电系统,同时通过幅频电压-矢量电流级联闭环完成对船舶岸电变流器输出电压幅值和频率的有效调控。然后,建立构网型电流矢量控制数学模型,并基于此分析控制带宽对控制系统相位稳定裕度、电压跟踪能力以及对负载电流的抗扰能力。最后,通过Satrsim MT 8020硬件在环测试,验证了所提构网型电流矢量控制策略的有效性。

弱电网下多源构网型变流器协同控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型控制的主要技术之一,可为电网提供惯量支撑,但由于变流器单机容量有限,当系统需要更大的惯量支撑时,需要多VSG并联运行,因此多VSG并联的协同控制备受关注。基于此,建立了VSG多机并联的状态空间模型,通过状态变量矩阵的特征值分析系统稳定性。同时,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的多VSG并联协同控制策略,引入角频率差与功角差作为性能指标设计目标函数,求解所需最佳有功额定增量,通过功频系数对输出角频率进行动态修正,实现对输出频率的主动支撑,有效抑制了VSG并联造成的系统频率波动,提高了电网的稳定性。结果表明,相较于传统的VSG并联系统,所提出的MPC-VSG并联控制方法可缩短系统暂态响应时间,提高系统在暂态下的鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器稳定性优化研究

构网型储能变流器作为高比例新能源接入电网的关键设备在强电网下存在稳定性问题。针对此问题,本工作提出一种基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器稳定性优化方法。首先,建立构网型储能变流器状态空间小信号模型,利用特征根分析法得出构网型储能变流器强电网下稳定性变差甚至振荡失稳的结论。然后,提出基于虚拟母线电压控制的稳定性优化方法,通过改变有功功率环跟踪电网电压相位的位置等效提高电网阻抗,从而提高强电网下构网型储能变流器系统并网的稳定性。接着,分析不同工况下加入虚拟母线电压控制前后系统的特征根变化趋势和稳定性提升效果,同时也分析了虚拟母线电压控制参数中补偿系数k和时间常数t对稳定性的影响并给出一般参数设计范围。最后,在MATLAB/Simulink中搭建构网型储能变流器并网模型进行时域验证,进一步搭建硬件在环实验平台进行半实物验证,验证结果表明基于虚拟母线电压控制的构网型储能变流器在强电网下的稳定性明显提高。

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。

基于改进粒子群算法的自适应构网型变流器控制策略

构网型控制是一种改善新能源高渗透率下电力系统稳定性问题的技术手段。针对传统构网型变流器均采用固定参数控制而未能发挥出最佳调频效果这一问题,基于构网型变流器控制参数可调的特点,提出一种自适应控制策略,以优化构网型变流器的输出并改善电力系统的动态特性。首先,通过仿真实验得到典型构网型变流器虚拟惯量和阻尼系数在大功率事件下对系统动态特性的影响;其次,研究典型构网型变流器的频率曲线与功角曲线,提出包含频率偏差和频率变化率的自适应构网型变流器控制策略;然后,通过改进粒子群算法对自适应控制策略涉及参数进行整定;最后,基于MATLAB/Simulink搭建的微电网模型,验证所提控制策略的稳定性与鲁棒性。仿真结果表明,所提控制策略可以自适应改变控制参数,使构网型变流器的输出能够满足系统各个阶段的不同需求,优化电力系统的动态特性。

构网型变流器多环控制阻抗建模与稳定性分析

构网型变流器的控制方式按照是否存在电压电流控制双环可以分为只含有功率控制环的单环控制和含有功率控制环和电压电流控制双环的多环控制。两种控制方式并网运行特性在不同频段有较大区别。该文首先建立考虑电压电流解耦控制双环的构网型变流器多环控制序阻抗模型,对比分析两种控制方式对变流器输出阻抗的影响;其次针对加入电压电流控制双环造成的低频相位裕度不足问题,提出引入虚拟阻抗方法提高变流器并网稳定性;最后利用仿真与实验验证了稳定性分析的准确性。

构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析

构网型变流器具有“主动构网”能力,可以为电网提供阻尼和频率支撑,但在低阻抗电网下存在稳定性问题。为了研究低阻抗下构网型变流器功率同步控制稳定性机理,首先,建立了体现功率同步动态特性的构网型变流器接入交流电网小信号模型。然后,以功率同步控制为主体,在牛顿动力学体系框架内,建立了构网型变流器接入低阻抗电网的动力学模型,将功率的偏移量分解为同步分量和阻尼分量,用以表征功率同步控制的稳定性。接着,结合模态分析和动力学特性分析,通过研究特征根轨迹和参与因子曲线,以及阻尼分量和同步分量的变化,分析了电网强度和控制参数等对功率同步控制的影响规律,揭示其内在机理。最后,通过构网型变流器接入电网的仿真模型验证了结论的正确性。

弱电网下构网型双馈风电机组直流动态分析及优化控制策略

当双馈风电机组接入弱交流电网时,转子侧和网侧变流器均采用无锁相环的构网型控制策略可以提高发电系统的并网稳定性。然而,对直流端口而言,网侧变流器在构网型控制下的直流电压抗扰能力有所降低,机组出力波动时直流电压的动态特征不容忽视。为此,文中首先建立了考虑交直流侧动态耦合特征的构网型双馈风电机组的小信号模型。基于系统模型研究了不同电网强度和风机转速下直流电压控制的稳定性,根据耦合传递函数矩阵分析了不同条件下定子功率变化对直流电压的耦合影响。利用小信号模型分析了定子功率对直流电压的交、直流耦合路径,并分别设计了解耦优化策略。理论分析表明,所提策略可以降低有功功率加载对直流电压的耦合作用,优化直流侧动态特性。最后,利用硬件在环实验平台验证了理论分析的正确性及所提控制策略的有效性。

探究无功控制回路对构网型并网逆变器暂态稳定性的影响

随着全球能源结构的转型和环境保护意识的提升,作为一种高效、环保的能源利用方式,基于新能源的分布式发电系统正逐渐在电力系统中占据重要地位。而随着分布式发电系统渗透率的不断提高,电网的等效惯性不断降低,严重影响电力系统的频率稳定。因此,虚拟同步控制应运而生,其通过模拟传统旋转同步发电机的动态特性,能够对电网补偿惯性和等效阻尼。虽然虚拟同步机(Virtual Synchronous Generators, VSG)的小信号稳定控制已经得到广泛的研究,但其无功回路对系统的大信号暂态稳定性的影响仍需进一步研究。文中首先对构网型并网逆变器无功回路对其暂态稳定性的影响进行了理论分析,在此基础上列举了三种能够有效改善并网逆变器暂态稳定性的方法;最后,通过MATLAB/Simulink平台对其进行了仿真验证。

构网型下垂控制中虚拟阻抗的作用、改进及研究前景分析

随着新型电力系统建设进程的加速,新能源等电力电子化电源在系统中渗透率不断提高,电网强度随之减弱,系统安全性受到挑战。部分变流器亟需采用构网型控制,而下垂控制就是一种经典的构网型控制策略;作为对下垂控制策略的有效改进手段,虚拟阻抗技术受到广泛关注。在国内外研究人员共同推动下,虚拟阻抗技术目前已取得较为丰富的理论研究及实践成果,具有广阔的应用前景。围绕虚拟阻抗在构网型下垂控制中的主要定位及作用机理进行了分析,对虚拟阻抗的典型改进方法和发展现状进行了梳理总结,并结合目前的研究进展及趋势,对虚拟阻抗技术的研究前景、未来可能面临和需要解决的关键问题进行了分析、探讨和研判。

构网型逆变器与SVG并联系统无功功率协调控制策略

以静止无功发生器(static var generator,SVG)为例,针对构网型逆变器和SVG并联系统的电压稳定性问题,提出构网型逆变器与SVG并联系统无功功率协调控制策略。将并联系统的运行状态总结为四种工况,通过工况识别、无功补偿量计算、无功功率分配策略、工况切换,来协调不同工况下构网型逆变器与SVG注入公共耦合点的无功功率,使并联系统在各种情况下均可稳定可靠工作。在MATLAB中搭建模型并进行仿真,结果表明所提控制策略可以实现工况的快速识别与切换、无功补偿量的计算、无功功率的分配,以及对公共耦合点电压的快速支撑。

基于扰动观测的构网型柔直系统阻尼控制器设计

构网型柔直逆变器具有惯性支撑能力,可对低惯性电网进行频率支撑,但也具有类似同步发电机的振荡特性,系统受扰后构网型逆变站易参与电网振荡,导致振荡范围扩大。首先构建了构网型逆变站和受端电网的简化状态空间模型,基于奇异值分解技术研究了控制器参数、柔直并网位置以及电网惯量分布对交直流系统振荡特性的影响,确定了两区域系统中柔直的最佳并网位置。接着利用构网型逆变站对电网扰动的主动响应能力,设计了基于扩展状态观测技术的振荡阻尼控制器(disturbance observer-based damping controller,DODC),利用构网型逆变站自身的量测对交直流混联系统的关键状态进行实时估计,并利用二次型最优反馈控制实现关键振荡模态阻尼抑制。最后通过DIgSILENT/PowerFactory-MATLAB联合仿真模型对所提控制策略的有效性进行了验证。

一种体现构网型控制特征的柔性直流机电暂态改进建模方法

总结柔性直流采用构网型控制呈现的新特性并提出相应的机电暂态建模方法。通过分析,提出构网型控制替代跟网型控制给柔性直流带来的主要变化是:电压源支撑,故障穿越切换措施以及电流限幅方法。相对应的,构网控制型柔性直流机电暂态模型是对跟网控制型柔性直流模型的改进,包括将换流器与交流网络的接口由传统的一个交流仿真步长内的平均功率改为平均电压;增加故障穿越措施切换逻辑以及增加基于用户自定义的电流限幅措施。通过交直流间接口方法仿真对比,以及机电、电磁暂态模型故障模拟验证所提模型的有效性。该模型能高精度模拟构网控制型柔性直流在交流电网中的动态行为,具有良好的应用价值。

太阳能船舶光伏系统构网型逆变器并网控制策略

[目的]旨在解决现有太阳能船舶光伏发电系统采用跟网型控制策略并网,而导致的船舶电力系统整体稳定性下降问题。[方法]结合船舶电力系统特点和运行特性,以跟网型恒功率控制和构网型下垂控制为研究基础,另外选取构网型虚拟同步发电机控制和构网型虚拟振荡器控制,共4种逆变器控制方法,分别构建太阳能船舶电力系统光伏并网控制策略。最后通过Matlab/Simulink建立太阳能船舶电力系统仿真模型,验证构网型控制理念和思路的有效性。[结果]研究结果表明,与跟网型控制相比,在负荷投切工况下,采用构网型控制策略可使频率波动极值平均减小26.86%、电压调节时间平均减小37.85%。在光伏输出功率切换工况下,频率波动极值平均减小39.95%。[结论]采用构网型控制策略能有效抑制光伏系统并网后所导致的船舶电力系统稳定性下降的问题。能够使光伏系统在完成供能的同时,主动维持船舶电力系统电力参数稳定,显著提高船舶电力系统稳定性。

构网型分布式电源渗透率高的微电网潮流计算及优化控制

随着微电网(microgrid,MG)中构网型分布式电源(distributed generator,DG)渗透率的提高,传统的潮流计算和优化方法不再适用。基于下垂控制的数学模型,改进传统牛顿拉夫逊法;应用虚拟阻抗松弛DG的无功与电压约束,改进下垂控制;应用改进粒子群优化算法,得到使网损最小的MG优化潮流;通过仿真和实验,验证了该方法的有效性。该文有助于指导构网型DG渗透率高的末端电网或MG的规划与控制。

基于构网型逆变器的光伏有功备用控制策略

光伏机组采用构网型逆变器并网是戈壁荒漠新能源电网稳定运行的关键。为解决传统光伏减载运行受辐照度影响大、保留功率不精准等问题,提出了基于构网型逆变器的光伏有功备用控制策略。首先,设计了含参考阵列和备用阵列的光伏并网结构。其次以双级式光伏拓扑结构为基础,在前级DC/DC引入有功备用控制,在后级DC/AC引入构网型控制策略,实现光伏机组主动参与电网频率调节;控制策略引入直流电容电压恒定控制,维持直流电压的同时,增强光伏机组的惯量特性。最后建立构网型光伏逆变器小信号模型,通过根轨迹分析了直流电容值对光伏频率响应的影响。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和可行性。

基于构网型控制策略的直驱型风力发电机简化模型研究

直驱式风力发电作为当前风力发电的普遍形式,随着其容量的增加,将导致受端电网有效惯量不断减少,呈现弱阻尼特性,增加电力系统运行风险。直驱风电场柔直并网过程中采用具有主动支撑能力的构网型控制逐渐成为研究主流,但因其控制技术、工程应用尚处于研究阶段,需要先在仿真软件中进行测试。构网型直驱风电场并网系统需要考虑大量风机的运行特性,多台机组的接入导致仿真运行环境复杂,硬件在环系统的算力不足以达到多台机组的详细仿真要求。为减小计算压力,寻找更适合风电场并网研究的仿真模型,针对构网型控制下的直驱风机机组详细模型进行简化,采用受控电流源替代风机机侧模型的方法,进一步节省计算机算力,从输入功率/直流电压/交流电压波动3个方面进行模型对比,从模型响应曲线误差和仿真耗时2个角度对详细模型及简化模型进行评价。仿真结果表明,简化模型可以反映风电机组网侧的功率输出特性,在节省仿真耗时上具有明显优势。

电压控制对构网型变换器频率响应特性影响分析

构网型变换器的虚拟同步环节是影响其频率动态的最主要因素,但构网型变换器内电势的频率并不仅包含虚拟同步环节的频率。对此提出了一种表征电压控制对构网型变换器频率动态影响作用的研究方式。首先类比同步机的频率分析方法,提出了构网型变换器内电势的概念,将变换器的频率通过内电势频率进行表征,进而通过运动方程建模的方法分析了机电时间尺度内交流电压控制在响应有功功率扰动时对频率动态的作用,分析了电压控制参数对构网型变换器有功功率和频率响应能力的影响趋势。研究发现,较大的电压控制比例和积分参数会使得系统频率动态恶化,但变换器的响应性能主要由虚拟同步环节决定。以3机9节点系统和实际区域电网系统的MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

基于下垂控制的构网型变流器电压控制策略

为了提高系统的电压稳定性,在传统下垂控制的基础上,提出了一种基于有功电流和无功电流相结合的自适应下垂控制方法。详细介绍了构网型变流器并联组成微电网的控制策略。下垂控制器分为电流(功率)解耦、一阶微分和下垂控制3个单元。从同步发电机的角度出发,分析了一阶微分环节和下垂系数的设计原则。分析并验证了构网型变流器并联系统功率分担的“通信机制”。最后,建立仿真模型,通过仿真结果验证了该方法的可行性。