跟网型和构网型逆变器的阻抗无源化方法综述

相比传统同步机主导的电力系统,由并网逆变器所主导的新能源并网发电系统动态特性发生了根本性变化。近年,国内外报道了多次新能源并网发电系统振荡事件,振荡现象具有宽频域特征,动态行为具有非线性、时变性和复杂性。并网逆变器的端口阻抗无源性是保证并网发电系统稳定的充分条件,适用于复杂电网下的稳定性优化。文中针对跟网型和构网型逆变器,分别从控制器优化设计、串并联虚拟阻抗和其他无源化方法这三个方面,对两类逆变器的中高频阻抗无源化改善方法进行了总结和梳理,最后探讨了当前研究的不足与现存的挑战。

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。

基于改进P-f下垂方程的构网型逆变器主动孤岛检测方法

目前大多数孤岛检测算法是针对跟网型逆变器设计的,对基于下垂控制的构网型逆变器并不适用。被动孤岛检测方法在基于下垂控制的系统中,由于下垂系数设计偏小且系统本身存在负反馈特性,因此只有在负荷功率与逆变器输出功率严重不匹配的工况下才能检测到孤岛,检测盲区大。常规主动孤岛检测方法需要加入扰动来实现孤岛检测,对系统的电能质量影响较大。为此,提出一种基于改进P-f下垂方程的主动孤岛检测方法。在并网稳定之后加入电压偏差增量,一旦大电网端瞬间失电,就通过新的下垂方程计算此刻公共耦合点的频率,由于该量瞬间发生很大的波动且很快超过限定值,因此孤岛检测可以迅速完成,并且对系统的电能质量影响较小。最后在MATLAB/Simulink中进行不同工况的仿真验证,并且基于TMS320F28379D与Speedgoat实时仿真目标机进行实物验证。

基于混合同步控制的构网型逆变器并网系统小扰动稳定性分析

由于构网型逆变器并网系统的混合同步控制(HSC)中直流电压控制、锁相环(PLL)、功率同步环(PSL)与电网阻抗间存在复杂交互,同步控制参数在不同电网强度下对并网系统小扰动稳定性的影响规律尚不清楚.针对该问题,首先建立了基于HSC的构网型逆变器并网系统状态空间模型,并基于根轨迹法分析了不同电网强度混合同步环中同步参数对并网系统小扰动稳定性与失稳模式的影响规律;在此基础上,给出了混合同步环中附加PLL支路参数和PSL参数的协同选取方法,以实现HSC构网型逆变器在宽电网强度下范围稳定运行.基于MATLAB/Simulink的仿真分析验证了理论分析的正确性.

基于阻抗匹配的构网型逆变器无功精确控制

采用虚拟同步机(VSG)控制的构网型逆变器在并联运行时,由于线路阻抗存在差异,逆变器输出无功功率无法实现精确分配。针对该问题,提出了一种基于动态虚拟阻抗的阻抗匹配控制策略。首先,结合构网型逆变器控制方案,对并联运行时功率分配的局限性进行分析。其次,引入动态虚拟阻抗控制完成等效输出阻抗的匹配,减少无功分配偏差。最后,通过在无功-电压控制方程中构建积分项与无功反馈项,对传统VSG无功-电压控制环路进行改进,确保了公共连接点(PCC)电压的鲁棒性。搭建了3台构网型逆变器实验平台,实验结果验证了该控制策略的有效性。

构网型并网逆变器状态空间建模及稳定性分析

随着“双碳”目标的提出与逐步实施,作为新能源发电单元接入电力网络的重要接口元件的并网逆变器稳定性问题凸显。目前,电网大部分采用跟网型并网逆变器,然而弱电网中跟网型并网逆变器与锁相环、电网间存在耦合,严重影响系统稳定性。构网型并网逆变器在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性,但现阶段构网型并网逆变器状态空间模型的相关论述较少,基于状态空间模型的构网型并网逆变器稳定性分析也不够深入。针对这一空缺,首先详细呈现构网型并网逆变器状态空间建模的相关细节,包括功率控制环、电压控制环、时滞环节和LCL滤波环节;然后,复现构网型并网逆变器失稳现象,并基于所提模型开展参与因子分析,验证模型有效性;其次,基于模型对构网型并网逆变器主要环节参数变化引起的失稳问题进行分析;最后,在Matlab/Simulink中搭建改进的IEEE 4节点三相平衡电网系统进行仿真,进一步验证模型有效性和实用性。

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。

基于DBN-ELM的构网型并网逆变器控制参数自适应调整方法

“双高”电力系统中电网阻抗呈现宽范围时变特性,构网型并网逆变器控制参数缺乏自适应调整能力,存在失稳风险。对此,提出一种基于深度置信网络-极限学习机的构网型并网逆变器控制参数自适应调整方法。建立闭环极点映射模型,利用深层架构对控制参数与关键极点之间的映射关系进行训练;通过训练好的闭环极点映射模型预测得到相应的关键极点,识别出关键极点最接近参考极点时构网型并网逆变器的控制参数;通过自适应调整控制参数,确保系统在电网阻抗变化时跟踪参考极点,实现自适应稳定控制。理论分析和仿真结果均表明,所提方法能够实现控制参数的自适应调整,有效提高构网型并网逆变器对电网阻抗变化的适应性。

计及阻尼特性的构网型并网逆变器暂态同步稳定性分析

构网型并网逆变器(GFM-GCI)可以为电网提供电压和频率支撑,有利于提高电网稳定性。首先,针对GFM-GCI的暂态同步稳定问题,在考虑阻尼特性的基础上采用等面积法则,从能量角度定性分析GFM-GCI控制参数对暂态同步稳定性的影响机理。然后,采用摄动理论中的多尺度法得到功角非线性二阶微分方程的显式解析解,定量分析控制参数对GFM-GCI暂态同步稳定性的影响。接着,基于解析解和暂态同步稳定边界,给出一种面向GFM-GCI暂态同步稳定的控制参数设计方法,所提控制参数设计方法与现有传统暂态分析方法相比,保守性更低。最后,通过仿真和实验验证了理论分析、解析模型与所提控制参数设计方法的有效性。

异构逆变器并联系统改进Gershgorin圆稳定性判据及其多维谐振特性分析

以新能源为主体的新型电力系统正逐步呈现出异构逆变器并联系统特征,即以跟网型与构网型两类逆变器共存的形式呈现。为了全面准确地分析异构逆变器并联系统的稳定性问题,充分计及逆变器间、逆变器与电网间的交互影响,该文建立多逆变器的交互导纳矩阵模型。同时,提出一种基于Gershgorin圆定理的多机稳定性判据,通过引入距离向量函数简化分析过程。然后,基于改进的稳定性判据提出一种参数灵敏度计算方法,并量化分析了系统关键作用因子对异构系统稳定性的影响程度。最后,通过时域仿真算例与实验,验证了理论分析的有效性和稳定性判据的有效性。

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。

基于自适应虚拟阻抗的构网型与跟网型逆变器主导微网系统无功功率均分控制策略

在由构网型(grid-forming,GFM)与跟网型(grid-following,GFL)逆变器主导的孤岛微网系统中,GFL逆变器主动参与功率的二次调节可增强微网系统的无功功率调节与带载能力。然而,由于逆变器容量不等、控制方式不同以及输电线路阻抗不匹配,实现异构逆变器间无功功率均分面临困难。文章将倒下垂控制应用于GFL逆变器使其具备类似GFM逆变器的功率下垂特性,并分析了GFM与GFL逆变器互联下无功功率的分配原理;在此基础上,提出一种通过相邻逆变器无功功率偏差信息驱动的自适应虚拟阻抗策略,实现GFM与GFL逆变器在不同输电线路阻抗、不同分配比例下的自适应无功功率均分,并给出相关控制参数的选取方法;最后,在MATLAB/Simulink中测试所提策略在线路阻抗变化、负荷投切、逆变器容量不等与即插即用场景下的适用性,验证了理论分析的正确性。

面向工业园区电压暂降治理的构网型储能逆变器控制策略研究

电压暂降会显著影响工业园区重要敏感负荷的经济运行,是现代制造业面临的主要电能质量问题。将构网型储能逆变器应用于含储能电池的工业园区中,根据工业园区并网点电压暂降深度的差异,提出了一套基于构网型储能逆变器的电压暂降分级治理策略。当电压暂降深度较低时,利用构网型储能逆变器的电压支撑能力降低或者消除电压暂降的影响;当电压暂降深度较高时,依靠构网型储能逆变器的孤岛运行能力维持负荷的正常运行,从而实现了对工业园区电压暂降的治理。最后搭建仿真模型进行验证,结果表明,构网型储能逆变器控制方案在相同工况下可以有效降低电压暂降深度,实现电压跌落的补偿。

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。