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.

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。

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。

基于虚拟同步发电机控制的并网逆变器切换型振荡及其非光滑分岔特性

在大扰动下,基于虚拟同步发电机(VSG)控制的并网逆变器因限幅环节饱和发生的切换型振荡对电力系统的安全稳定运行构成威胁,其振荡机理和影响因素复杂。为此,该文研究大扰动下由VSG限幅环节饱和引发的切换型振荡的机理,并分析限幅环节的类型、限幅值大小和系统参数对切换型振荡特性的影响。首先,介绍切换型振荡和非光滑分岔理论,以及基于VSG控制的并网逆变器及其限幅环节;其次,分析大扰动下VSG并网逆变器切换型振荡现象,并基于相图法揭示其动力学本质是系统发生了非光滑分岔;再次,分析非光滑分岔与限幅环节的类型和限幅值大小的关系,指出非光滑分岔是由多个限幅环节共同作用引发的;最后,分析VSG控制参数和外部参数对系统非光滑分岔特性的影响。结果表明,限幅值越小和故障程度越严重,系统越容易发生切换型振荡。

基于相位与幅值补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通过模拟同步发电机的工作原理,引入虚拟惯量与阻尼系数,提高了分布式电源并网的稳定性。但是当电网发生电压跌落时,电压的跌落与恢复均会使电网电压的相位与幅值发生跳变,而传统的VSG控制策略难以解决该问题。为此,文中提出一种基于相位与幅值补偿的VSG低电压穿越控制方法。首先,分析电网电压跌落与恢复对电网造成的不同影响。其次,在电网电压跌落期间,通过将VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差控制在允许范围内来实现过流抑制、输出功率的快速稳定以及无功补偿的目的。然后,在电网电压恢复时,通过快速补偿消除VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差,从而抑制因电网电压跳变而造成的过流等问题。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证所提控制策略的有效性。根据仿真结果可知,文中提出的控制策略可以有效抑制过流的产生并且能够实现无功补偿。

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。

基于多参数协同自适应调节策略的电压源高压直流虚拟同步发电机仿真研究

为避免暂态过程中无惯性、无阻尼的换流站对电网造成冲击,对电压源高压直流输电(俗称"柔性高压直流输电")逆变侧换流站建立虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制模型。在分析了同步发电机的功角曲线以及转子惯性、阻尼的物理意义的基础上,利用VSG的转动惯量和阻尼系数具有灵活可调的优势,提出一种转动惯量和阻尼系数协同自适应调节策略,并确定了自适应调节系数的选取原则。最后,在MATLAB/Simulink软件中搭建仿真模型,验证了所提调节策略可行、有效。

自适应调节有功功率偏差的虚拟同步发电机暂态控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制的并网逆变器在电网电压跌落时存在功角暂态失稳及过电流现象,为此提出一种VSG暂态控制策略。根据VSG功角特性,推导出有功功率与功角暂态稳定性之间的联系,并基于VSG暂态电流特性,分析VSG无功动态响应特性与暂态功角变化的关系。在此基础上,以角频率偏差、有功功率偏差及有功功率偏差变化率三者的正负作为功角特性曲线的区间划分依据,设计出有功功率偏差系数分段自适应调节策略,通过控制有功功率偏差抑制功角增大,并对VSG输出过电流进行抑制,基于等面积准则证明了VSG的暂态稳定性。仿真分析结果表明,采用所提控制策略能够有效消除VSG控制并网逆变器的功角暂态失稳及过电流现象,且无论暂态期间是否存在稳定运行平衡点,所提策略均可确保VSG功角稳定。

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。

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。

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。

基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法

现有基于高频注入的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法由于高频衰减,面临失效风险。该文基于主电机定转子互感,提出一种“基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法”,将励磁电压作为载波,用低频方波对其进行调制后,提取主电机定子侧低频响应电流用于转子初始位置估算。定子逆变器三相下管导通状态下,该方法分为2步:首先对励磁电压进行低频方波调制,采集主电机定子低频感应电流用于转子初始位置预估算;其次,由预估算初始位置,判断励磁电压断电前后相关电流特征,得到包含磁极信息的最终初始位置。所提方法通过虚拟角度变换和方差对采集低频电流进行处理。实验表明所提方法具有较高估算精度。

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。

基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法

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,传统的VSG控制不具备低电压穿越能力,在电网电压暂降时难以提供无功支撑,且容易发生输出电流幅值越限。为此,提出一种基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法。首先结合传统低电压穿越控制的数学模型,分析了其与VSG平衡电流控制之间的关联以及两者在切换时存在的问题;在此基础上,设计了VSG低电压穿越控制的整体方案,利用VSG平衡电流控制无差跟随的特点实现了控制模式的平滑切换,使得VSG在电压跌落过程中,其控制信号可很好地跟随电流指令参考值。该方法能够避免故障恢复时由于控制模式突变造成的暂态电流冲击,实现VSG在不同工况下的低电压穿越。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

基于虚拟同步发电机低电压穿越的无缝切换控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制使分布式发电接入电网呈现友好特性,该文在建立逆变器VSG控制数学模型基础上,针对分布式电源逆变器采用VSG控制,针对其不具备低电压穿越(LVRT)能力的问题,结合传统LVRT控制方法,提出一种基于电压幅值和相位预同步的模式无缝切换控制策略,引入预同步单元对VSG输出实时矫正,有效避免LVRT/VSG模式切换前后的相位不一致问题。仿真结果表明该控制策略能够使逆变器在电网低电压故障期间抑制暂态冲击电流和改善并网电能质量,保证基于分布式电源逆变器VSG实现LVRT而不脱网,验证了所提方法的正确性和有效性。

对称电压暂降情况下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制思想是通过模拟传统的同步发电机的输出特性来提升分布式电源(Distributed Generation,DG)对电网的友好性。但是,传统的VSG不具备在电网故障情况下抑制故障电流的能力,同时也无法提供无功支撑。文中针对该问题,建立VSG模型,分析电网电压对称暂降过程中的VSG的行为。提出了一种适用于电压暂降故障的含有无功补偿功能的VSG控制策略,能够保证故障期间VSG输出不过流,故障瞬间和故障清除瞬间无暂态电流冲击并输出最大无功功率。并给出了限流控制方法的原理分析和具体参数整定原则。最后通过仿真验证了所提的控制策略的正确性和可行性。

基于电流源型变换器的大型同步发电机励磁

将基于全控开关器件的电流源型变换器用于大型同步发电机励磁,采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制开关状态。利用dq坐标系的间接电流控制实现对SPWM电流源型变换器功率双向流动的控制。验证了SPWM电流源型变换器带大电感负载运行的可行性。仿真试验表明,与传统可控硅励磁相比,整流时该励磁系统能向发电机端发出或吸收无功,逆变时能使励磁电流快速下降、加快励磁系统调节速度、发电机故障时实现交流灭磁。

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方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。