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。

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。

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。

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。

分布式虚拟同步发电机改进低电压穿越控制技术

传统分布式虚拟同步发电机不具备低电压穿越能力,在分析电网短路故障时传统虚拟同步发电机的运行特性基础上,提出保留功率环的改进分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术。改进控制技术给出了电网短路故障时功率指令值的计算方法,同时在无功功率控制环中引入PI调节器,并在同步旋转坐标下对输出电流进行分序控制,实现不对称故障时输出电流的三相平衡,最后通过引入虚拟阻抗对瞬时故障电流进行抑制。改进后的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,保留功率控制环,不改变虚拟同步发电机机理,在故障发生和清除时,只需对功率指令值进行重新设定,无需切换控制策略,实现分布式虚拟同步发电机的低电压穿越。仿真及试验结果验证所提控制策略的正确性及有效性。

电压控制型虚拟同步发电机控制特性评估与多机稳定性分析

通过模拟同步发电机的机械运动方程,建立电压控制型虚拟同步发电机,设计原动机调节和励磁调节控制策略,并模拟同步发电机的转动惯量,提高新能源机组对电网稳定运行主动支撑能力。提出有功-负荷系数、有功调频系数、无功调压系数、一次调频稳定时间和无功调压稳定时间5个控制特性评估指标,构建基于Matlab/Simulink的电压控制型虚拟同步发电机控制特性电磁暂态仿真验证模型,重点分析小扰动下不同关键控制参数对电压控制型虚拟同步发电机有功调频和无功调压性能的影响,定量分析关键指标变化趋势和规律,给出有功控制环虚拟惯量、阻尼系数以及无功控制环积分系数和下垂系数工程化应用优化参数区间。最后,通过建立多台电压控制型虚拟同步发电机并联并网模型,研究电压控制型虚拟同步发电机间交互振荡机制,分析得出接入大电网振荡临界参数、振荡频率及多机并联振荡模式。

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。

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。

不对称条件下的储能虚拟同步发电机低电压穿越控制技术

虚拟同步发电机技术能够使逆变器模拟同步发电机的运行机制并网运行,有利于改善系统稳定性。而为了真实模拟同步发电机的工作特性,要求虚拟同步发电机装置必须具备低电压故障穿越能力。当发生不对称故障时,由于电压、电流中存在大量负序分量,严重影响输出电压和电流质量。为解决上述问题,首先,从控制系统数学模型出发,分析三相电压源型逆变器常规d-q旋转坐标系下的电压前馈本质,提出基于α-β坐标系下的电压前馈策略。然后,采用电压相位补偿技术实现负序电流抑制。最后,通过5 MW储能虚拟同步发电机实时数字仿真仪模型,模拟单相和相间接地故障,验证了控制算法的正确性和有效性。

不平衡电压下虚拟同步发电机功率控制策略

通过对电网电压不平衡下虚拟同步发电机输出功率的分析,提出了基于静止坐标系的功率控制策略,在不需要锁相环的情况下,利用负序电压控制分别对有功、无功功率振荡或三相电流不平衡进行抑制,既保证了虚拟同步发电机电压控制的电压源性质和惯性特性,又能够使分布式电源根据不同需求输出恒定的有功、无功功率或三相平衡电流。利用PSCAD/EMTDC软件仿真及基于RTDS的实时数字物理闭环实验,验证了所提控制策略的有效性,并对各控制策略的特性进行了量化分析。

虚拟同步发电机的低电压穿越控制方法

虚拟同步发电机(VSG)具备自主调频、自主调压、惯性、阻尼等优良特质,但其电压源外特性在低电压穿越(LVRT)时容易过流。给出VSG的LVRT控制方法,在电网电压小幅跌落时,只要不超过设备电流输出能力,优先采用VSG控制模式,进行自主调压;深度跌落时,通过相位跟踪及无功控制方法的切换,以电流源控制模式提供无功电流支撑。给出了具体的工况判定、相位跟踪及功率控制方法,并通过实验验证了方法的可行性。

基于虚拟同步发电机与电力弹簧的微电网电压控制

针对光伏、风电等可再生能源发电(renewable power generation,RPG)的间歇性和不稳定性引起的微电网电压偏移越限问题,提出一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)与电力弹簧(electric spring,ES)相结合的源荷互动调压方法。首先,利用VSG中的励磁控制器为微电网提供电压支撑,使得微电网电源侧电压偏移在允许范围内。其次,利用ES相位控制使得远离电源侧的负荷节点电压偏移不越限。最后,通过建立含VSG、可再生能源以及ES的微电网仿真模型进行仿真,仿真结果证明了VSG可以实现电源侧调压,ES可以实现负荷侧调压,二者形成源荷互动调压机制共同维持微电网电压稳定。

基于虚拟同步发电机的模型预测电流控制

虚拟同步发电机技术(VSG)因可使逆变器具备同步发电机的特性,得到了广泛的研究和应用。针对虚拟同步发电机使用电压电流串级控制以及脉宽调制(PWM)控制底层的逆变器时,存在控制结构复杂和动态响应能力弱等问题,本文提出了一种基于虚拟同步发电机的模型预测电流控制策略(VSG-MPCC)。该控制策略首先获得虚拟同步发电机的输出电流,将其作为模型预测控制的参考值。其次根据系统的模型对之后的电流值进行预测,最后应用价值函数选择使两者误差最小的电压矢量组合作用于逆变器。所提控制策略省去了传统的电压电流串级控制和PWM调制环节,简化了控制结构并提升动态响应能力,提供了更好的功率和频率支撑。通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了该控制策略的有效性。

基于改进多环虚拟同步发电机的电压控制

在虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制中,由于线性下垂特性的限制,VSG输出电压在负荷变化过程中会出现波动过快以及偏移过大现象。针对这一问题,提出一种改进多环虚拟同步发电机控制方法。首先,在VSG无功-电压控制中引入虚拟励磁,解决负荷变化引起的电压快速波动问题。其次,对线性无功—电压下垂曲线进行改进,设计一种变系数无功—电压下垂曲线,可在负荷突增的情况下保证VSG无功输出并使得电压偏移减小。最后,结合电压电流双闭环控制,可以有效保证VSG供电电能质量。通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了微电网仿真模型并进行仿真,仿真结果证明了该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。

基于输出电压反馈的虚拟同步发电机多环控制策略

基于虚拟同步发电机VSG(virtual synchronous generator)控制的微网用储能逆变器广泛应用于分布式发电系统中,VSG输出电压的波形质量是衡量其性能的重要方面。为提高VSG的供电质量,提出了只采用输出电压反馈的多环控制策略。其中,输出电压一次微分反馈回路起到有源阻尼的作用,可有效地抑制LC滤波器的谐振;输出电压以及输出电流前馈解耦回路可使电流内环等效成一阶系统,从而提高系统的动态响应。在考虑系统控制延时的基础上,采用极点配置技术对电压与电流双环控制器参数进行设计。所提控制策略,在负载阶跃扰动情况下既能实现快速的动态响应,又能获得很好的稳态特性。仿真和实验结果都验证了该控制策略的可行性与有效性。

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.

电压跌落下虚拟同步发电机故障穿越控制

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)传统平衡电流控制在电压发生跌落时无法实现穿越问题,提出一种满足VSG平衡电流控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through, LVRT)控制策略。分析了VSG传统平衡电流控制基本原理以及在电压跌落时无法实现穿越的原因。在此基础上,提出一种限功率给定的控制方案。按照传统LVRT电流指令计算出功率给定值,在维持VSG机械惯性属性不变的前提下,通过减小无功环惯性系数和维持有功功率差额以改善系统对称故障时无功输出速率和有功调节时间,引入相位调节控制消除了故障解除瞬间系统功率失稳问题。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。

基于虚拟同步发电机的光伏逆变器电压暂降自适应补偿控制策略

光伏出力的交替性、波动性、不可控性导致配电网三相电压不对称,容易导致配电网电压暂降故障。为改善配电网电能质量,提出基于分序虚拟同步发电机技术的光伏逆变器电压暂降自适应补偿控制策略。分析配电网电压暂降故障对光伏发电并网点的影响特性,建立正、负序功率控制的虚拟同步发电机模型,并提出负序无功功率对故障电压的自适应电压补偿策略,实现虚拟同步发电机对负序功率的控制。所提控制策略易于实现,可适用于不同暂降情况下的电压补偿。最后,通过Matlab/Simulink仿真表明,所提控制算法提高了配电网并网点电压稳定性,验证了该方法的有效性。