直流微网储能单元的灵活类虚拟同步发电机控制

直流微网中组网变流器采用虚拟电机控制可改善系统中因功率波动所引起的电能质量问题,但其无法兼顾直流母线电压动态调节的灵活性。针对此问题,以直流微网中蓄电池储能单元的DC-DC变流器为研究对象,基于类虚拟同步发电机控制技术,利用直流电压变化率与惯性参数耦合的机理,提出一种能够实现直流电压灵活动态调节的灵活类虚拟同步发电机控制。通过建立小信号模型,基于DC-DC变流器端口响应与根轨迹的分析,揭示了主要参数变化对系统惯性与稳定性的影响规律,并给出相应的整定方法。其次,通过结合蓄电池的双向特性以及系统稳定裕度指标,给出了惯性参数的稳定取值区域,实现合理范围内惯性控制的灵活调节。然后根据荷电状态(state of charge,SOC)对蓄电池提供惯性功率能力的影响,基于SOC对惯性控制中下垂系数的取值进行实时约束。研究结果表明,灵活类虚拟同步发电机控制能给系统提供灵活可调的惯性支撑,使直流电压具有更好的动态特性和稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。

基于自适应虚拟同步发电机的多端高压直流输电系统协调控制

基于模块化多电平换流器的多端高压直流输电(modular multilevel converter based multi-terminal DC,MMC-MTDC)系统中虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在维持交流电网的频率稳定时,无法兼顾直流电压波动调节的问题。针对MMC-MTDC系统中的受端换流器,将U^(2)-P直流电压下垂控制引入VSG控制器中,得到附加直流电压的VSG控制,该控制既能实现交流区域频率调节,又可以控制直流电压。通过分析VSG中转动惯量大小对交流电网频率响应的影响,在附加直流电压VSG控制基础上,设计一种基于模糊控制的自适应虚拟转动惯量调节方法,通过灵活调整虚拟惯量使换流器在支撑频率波动过程中表现出更平滑、迅速的动态响应性能。在MATLAB/Simulink仿真平台,对所提策略有效性进行验证,表明所提策略可以同时调节频率与直流电压,并能表现出更佳的频率动态响应性能。

不平衡电网下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机控制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed reluctance generator,BDFG)在风力发电领域有着广阔的应用前景。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的无刷双馈风电系统具有一定的电网频率支撑能力,但在电网电压不平衡工况下运行性能较差。提出了一种不平衡电网工况下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机策略,来降低不平衡的电网电压对BDFG系统的影响;其核心思想为使用原有BDFG-VSG来控制正序分量,在功率绕组正向同步旋转坐标系下使用基于降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)的直接谐振控制调节负序分量。详细分析了电网电压不平衡对BDFG各电量的影响,据此提出了5种可供选择的优化目标,最后通过仿真验证了该策略的有效性。所提出的策略可抑制不平衡电网工况下BDFG的各电量中的负序分量或二倍频分量,无需计算负序电流的参考值,对电网具有友好性。

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。

基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制

针对孤岛微电网下虚拟同步发电机(VSG)一次控制存在的无功功率难以按照容量分配与电压偏差问题,提出一种基于预设时间一致性的分布式二次电压优化控制策略。该策略包含基于时基发生器的预设时间一致性算法以及与各分布式电源逆变器本体算法相结合的状态控制器,通过时基发生器将收敛时间提前确定,根据一致性算法对电压和功率输出偏差进行补偿,使逆变器仅依靠相邻单元之间的通讯即可实现无功功率分配与电压二次控制的目标。该策略无需考虑初始容量与协议参数的影响,保证了电压的定时快速恢复和无功功率的分配,同时收敛时间不受微电网容量扩展的影响,增加了微电网的灵活性和自由度。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。

虚拟同步发电机惯量及阻尼协同自适应控制研究

采用虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)控制的并网逆变器,当电网工况发生突变时,系统输出的功率和频率会出现超调和振荡。考虑到实际工程应用中,难以实现对角频率变化率的测量,为了提高并网逆变器的动态性能,经过对VSG的功角特性曲线和输出频率振荡曲线的分析,得到并网逆变器输入、输出功率差值与角频率变化率的对应关系,并依据参考功率与实际输出功率的差值,提出一种改进型的惯量及阻尼协同自适应控制策略。并通过仿真结果对其可行性和优越性进行了验证。

基于RBF-LADRC的虚拟同步发电机控制策略

随着大规模分布式发电技术的出现,为支持微电网的稳定运行,提出虚拟同步发电机(VSG)技术。由于VSG常用的电压电流双闭环控制存在动态响应时间久、抗扰动能力弱的缺点,考虑LADRC对扰动具有更优异的动态响应速度,该文提出一种用于VSG电压外环控制的线性自抗扰控制方案,并采用RBF对LADRC中的关键参数进行在线整定,以实现控制器的实时优化。在Matlab/Simulink平台下搭建仿真模型,并对所提出的改进策略与传统控制策略进行仿真对照,结果显示该策略可有效提高并网环境下虚拟同步发电机功率和频率稳定性。

基于自适应控制参数整定的虚拟同步发电机控制策略

以新能源为主体的新型电力系统呈现“低惯量,低阻尼”特性,而虚拟同步发电机(VSG)控制策略可以通过模拟同步发电机机械运动方程和电磁特性,使得分布式逆变电源具备同步发电机的惯性与阻尼特性来增强系统的稳定性,但是也会牺牲一定的动态调节性能。提出了一种基于自适应控制参数整定的虚拟同步发电机控制策略,通过建立的虚拟同步发电机小信号模型,分析转动惯量与阻尼系数对暂态过程中系统频率与输出功率的影响;通过同步发电机功角和频率振荡曲线分析自适应转动惯量和角速度变化率以及角速度偏移量、自适应阻尼系数和角速度偏移量之间的关联性,得到不同区间内转动惯量与阻尼系数的选定原则,基于此设计了自适应转动惯量与阻尼系数的计算式以及触发阈值,进一步,加入基于调频功率上下限的自适应下垂系数,提出了一种基于自适应控制参数整定的VSG控制策略;通过在Matlab/Simulink搭建的离网情况下VSG仿真模型中进行仿真与分析,验证了所提控制策略能减小频率的偏移量,提高系统的频率稳定性和动态调节能力。

海上风电M3C换流器虚拟同步发电机控制

文中在分频海上风电送出的场景下,针对模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)的控制策略展开研究,将M3C系统与传统旋转同步发电机系统在结构参数和运动方程上进行对比,分析M3C变频器模拟同步发电机外特性的可行性。以换流器参与系统频率调节和稳定系统电压为目标,基于虚拟同步发电机控制理论,设计M3C换流器虚拟同步发电机控制方案,建立一种适用于分频海上风电M3C换流器的控制策略。最后利用PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该控制策略的正确性,并在相同系统结构和参数下,将该控制策略同双dq变换的解耦控制策略进行对比仿真研究。结果表明,虚拟同步发电机控制策略能够使变频器具有惯性和阻尼特性,可以参与系统频率调节,并且具有良好的控制响应特性。

基于虚拟同步发电机的船舶电力系统与港口岸电并网控制方法研究

文章针对船岸连接并网无缝切换与稳定性提升问题,在设计功率控制器、励磁控制器和预同步控制器的基础上,提出了基于虚拟同步发电机的船舶电力系统与港口岸电并网控制算法。在Matlab/Simulink环节下,对所提出的控制算法进行验证,仿真结果表明,应用所提出的船岸并网控制算法,能够较好地实现船岸并网无缝切换和快速同步;在负载突变情况下,岸电系统能快速反应,并及时增加或减少输出功率,动态响应效果符合预期。

基于虚拟同步发电机的光伏并网控制技术研究

光伏电站的输出功率受光照强度、温度等环境因素影响,具有强烈的波动性。为提高光伏并网的效能并对电网质量进行保护,虚拟同步发电机是一种较为常见的技术手段。文章在分析光伏发电并网特征的基础上,重点从功率跟踪控制、电力电子变换控制和光伏并网保护3个方面探讨虚拟同步发电机技术的具体实现与应用,并对其控制效果进行仿真评价,以实现对光伏电站的并网控制。

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。

虚拟同步发电机频率偏差前馈阻尼控制策略的参数整定方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)也存在类似于传统同步发电机的功率振荡特性,频率偏差前馈阻尼方法实现简单,能够有效抑制有功功率指令值或电网频率跳变情况下VSG的有功功率振荡,同时不会影响VSG原有的惯量特性。然而,现有研究在建立频率偏差前馈阻尼方法的有功功率环闭环传递函数模型时未考虑功率低通滤波的影响,系统阶数由3阶变为2阶,若仍采用现有的参数整定方法可能导致前馈系数设计不正确。为此,文中在考虑低通滤波的基础上建立了VSG的传递函数模型,基于零极点图识别了前馈系数变化时系统阻尼比不能在0到1之间自由调节的原因,同时给出了根据期望阻尼比和自然振荡频率选择前馈系数的方法,简化了参数设计过程。仿真结果验证了参数设计方法的正确性。

基于自适应参数整定的微电网虚拟同步发电机运行控制

针对在并联微电网系统中可能出现的有功功率振荡的问题,提出了一种自适应虚拟同步发电机参数调节控制方法。构建了转动惯量与角频率变化率、阻尼系数与角频率增量的函数关系。通过仿真试验验证了该方法的有效性。

光储并网虚拟同步发电机运行控制策略研究

光储并网技术作为现代能源系统的重要组成部分,其运行控制策略的研究对于提升电力系统的稳定性、可靠性和经济性具有重要意义。虚拟同步发电机作为一种模拟同步发电机特性的控制策略,在光储并网系统中展现出广阔的应用前景。文章阐述了虚拟同步发电机的工作原理,分析了光储并网系统的结构与特性,探讨了基于光储并网的虚拟同步发电机运行控制策略,旨在进一步提高光储并网系统的性能表现,为专业人士提供有价值的参考。

基于虚拟同步发电机的孤岛微电网逆变器模型预测控制策略

虚拟同步发电机技术可应对新能源发电的间歇性和波动性,在电力领域中受到了广泛的关注和应用。针对孤岛微电网逆变器采用虚拟同步发电机控制策略时,底层控制采用电压电流串级比例积分控制结构,存在控制参数整定烦琐、结构复杂、动态响应能力弱等问题,提出一种基于虚拟同步发电机的构网型孤岛微电网逆变器模型预测电压控制策略。首先,分析了虚拟同步发电机的控制策略,由此生成参考电压幅值与相位;其次,根据逆变器的开关函数构建了三相逆变器输出电压空间矢量模型,在此基础上推导及优化了逆变器输出电压离散预测函数模型,并由价值函数以参考值与预测值误差最小化为原则筛选出最佳开关序列作用于逆变器;最后利用MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真分析显示,采用VSG-MPVC策略可提高孤岛微电网系统的稳定性和动态响应能力,改善系统暂态过程。

一种虚拟同步发电机自适应阻尼补偿方法

针对系统电感对虚拟同步发电机控制系统存在等效负阻尼效应的问题,提出了一种自适应阻尼补偿方法。首先,基于虚拟同步发电机控制技术,通过dq变换和小信号分析建立系统的动态电磁方程和动态小信号模型。然后利用电磁转矩偏差分解出同步力矩系数和等效阻尼系数。最后根据等效负阻尼的产生机制,在有功-频率调节器中加入以系统频率、虚拟阻抗为自适应控制变量的阻尼补偿模块,实现对虚拟同步发电机阻尼的自适应补偿。通过MATLAB/Simulink仿真,并与基于传统的虚拟同步发电机控制方法及基于虚拟阻抗补偿方法等方法所获得的结果进行比较,表明文章所提出的自适应阻尼补偿方法具有更强的稳定性和更快的响应速度,验证了方法的有效性。

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。

考虑不平衡电网电压的虚拟同步发电机平衡电流控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可实现分布式电源友好并网。然而,电网电压不平衡时,传统VSG控制会导致三相并网电流不平衡,为此提出一种VSG平衡电流控制方法。首先分析了VSG在电网电压不平衡情况下存在的问题及其与传统逆变器控制的区别;在此基础上,利用VSG在dq坐标系下的特点设计电流指令计算方法,使VSG在各种类型的不平衡电压下实现负序电流抑制。该方法计算逻辑简单,且能够实现不同工况下的自适应控制。仿真和实验结果表明了所提控制方法的正确性和有效性。

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源(称为虚拟同步发电机)。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。