基于自适应调节的微源逆变器虚拟同步发电机控制策略

微电网通过各类功率变换器实现分布式电源分布式开发、就地吸纳和高效应用,但其孤岛运行时惯性很小,频率受负荷波动的影响很大。对于微源逆变器引入虚拟同步发电机控制策略,这对改善微网系统频率稳定性具有重要作用。基于此,提出一种自适应调节的虚拟同步发电机控制策略。首先根据微网实际运行状况实时修正虚拟惯性参数,实现了控制策略的自适应调节,从而保证微网系统的安全稳定运行;然后详细分析所引入转动惯量系数和阻尼系数对微源控制系统的各类影响。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

虚拟同步发电机控制下多端交直流混联电力系统间的强动态交互过程及其传播

该文针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,vsG)控制下的多端交直流混联电力系统,首先建立了VSG控制子系统作为反馈环节的交直流混联系统闭环线性化互联模型,分析强动态交互过程的产生条件,论证其对稳定性的负面影响,提出混联电力系统在强动态交互过程下的稳定性判据。然后,研究上述强动态交互过程的传播路径,得出VSG控制子系统与剩余子系统间强动态交互过程的传播路径包含直流线路和交流线路两部分,其中直流系统的下垂控制参数会对强动态交互过程的传播产生显著影响。因此,提出通过断开交流线路、采用较小的下垂系数来阻断、抑制强动态交互过程的传播,并通过设定合理的VSG控制参数进一步破坏其产生的条件,避免由于VSG接入引起的强动态交互过程及其对稳定性的潜在威胁,提升VSG控制下多端交直流混联电力系统的稳定性。最后,在VSG控制的三端交直流混联电力系统算例中,采用模式分析法和时域仿真法验证上述分析结果。

基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制

双馈风机机械与电气解耦,使得接入电网总有效转动惯量降低,增加电网频率调节压力。分析了双馈风机通过虚拟同步发电机控制实现对系统频率响应技术,研究了双馈风机在调频过程中在不同运行工况下能量变化评估方法,提出基于机组状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制。在理论研究基础上进行时域仿真,结果表明,基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制在不同出力水平下可以对系统频率提供有效支撑,提高系统频率稳定性,同时调频过程中保证机组运行稳定。

基于虚拟同步发电机控制的逆变器仿真分析

首先介绍了传统同步发电机(SG)的数学模型;其次设计虚拟同步发电机(VSG)控制策略的算法,即将逆变装置等效成发电机的数学模型;然后根据SG频率-有功功率、电压幅值-无功功率下垂特性,设计虚拟调速系统和虚拟励磁控制系统;最后在MATLAB/Simulink环境中建立基于VSG控制的逆变器仿真模型。仿真结果表明,基于VSG控制的逆变器可以模拟出SG大转动惯量、下垂特性、功率输出特性等特点,验证了VSG控制策略的可行性。

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。

虚拟同步发电机控制策略的研究和仿真分析

针对大量分布式电源并网导致渗透率增加,并且传统逆变器控制策略无法为系统提供惯性的特点,提出了虚拟同步发电机控制策略的设想.结合同步发电机原理,构建其与逆变器之间的联系,并设计相关算法,使逆变器的输出具有类似同步发电机的惯性和阻尼特性.同时分析了虚拟惯性系数和阻尼系数对频率变化的影响,并以此作为控制参数整定的参考.于MATLAB/Simulink平台进行仿真验证.

基于虚拟同步发电机的孤岛微网主从控制下的稳压稳频

对于主从结构的独立微网系统,其稳压稳频的有效控制是系统稳定运行的有效保障。文中针对传统下垂控制存在频率和电压偏差较大的问题,将虚拟同步发电机控制策略引入到主逆变器控制中,使其具有与同步发电机相类似的外部特性,即具有虚拟惯性和阻尼特性,通过虚拟励磁控制中的端电压调节环节来缓解电压—无功下垂特性所引起的电压降。主逆变器采用电压电流双环控制,从逆变器则采用恒功率控制。在主逆变器电流环中加入电流补偿量对有功和无功进行解耦,并建立解耦下的虚拟同步发电机控制小信号模型,再根据根轨迹分析控制参数对主控单元动态性能和稳定性的影响。仿真和实验结果表明,相对于传统下垂控制,在孤岛微网主从控制下虚拟同步发电机控制能更好地稳压稳频。

基于虚拟同步发电机的多逆变器并联控制策略

针对孤岛微电网多逆变器并联系统,在传统控制策略下接入负载时,系统会出现波形畸变。为了提高电能质量,需要分离谐波电流。因此,本文提出基于虚拟同步发电机的谐波电流分离策略,首先采用虚拟同步发电机技术(VSG)使逆变器具有惯性和阻尼特性,接着构建虚拟同步发电机小信号模型,对有功和无功环进行建模分析。然后,采用三阶广义积分交叉对消反馈网络(TOGI-OSG)对系统中产生的谐波电流进行分离。Matlab/Simulink仿真实验证明了所提方法的有效性。

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。

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。

面向多运行模式的并网逆变器改进控制策略

为了改善新能源并网逆变器的性能并同时满足多运行模式(并网模式和孤岛模式)调节需求,设计了双重自适应系数,并基于下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制提出了新颖的改进控制策略。该控制策略可灵活地调节惯量和阻尼以满足不同运行模式的需求。设计的双重自适应系数包括自适应协调系数和自适应惯量系数,前者可提高系统动态特性并增强适用性,后者可进一步改善功率超调和振荡问题以完全消除功率超调。所提出的改进控制策略的功率响应无超调和振荡,能够提供接近于VSG控制的惯量和阻尼特性且具有更快的响应速度,可同时满足并网模式下的功率调节需求和孤岛模式下的频率调节需求,具有更大的适用性和更优异的动态特性。最后,通过硬件在环实验验证了所提出的改进控制策略的有效性和可行性。

风电参与电力系统调频控制策略综述

随着可再生能源的大规模开发,以风能为代表的可再生能源大量并入电网,且渗透率不断提高。一方面,由于惯性时间常数较小的风电机组替代了传统发电机组,系统的总体惯量减少;另一方面,由于风能本身所具有的间歇性、随机性,系统的频率特性发生改变,调频能力随之减弱。风电参与调频是解决风电上网约束的有效手段之一。为此,对风电参与调频领域的研究进行综述,首先以双馈风电机组和永磁直驱风电机组这2类最常用的变速风电机组调频控制策略为例,综述风电机组转子超速控制、桨距角控制、虚拟惯量综合控制、虚拟同步发电机控制,储能与风电调频以及多控制策略联合的原理、优缺点和发展趋势等;然后针对风电场参与系统调频的若干问题进行分析;最后对本领域未来可研究的问题进行展望。

无源网络中可实现二次调频的VSFR控制仿真

基于电压源型高压直流输电系统连接的无源网络中,采用虚拟同步发电机VSG控制可以解决一次调频的问题。提出一种虚拟二次调频(Virtual secondary frequency regulation,VSFR)控制,上述策略在VSG有功-频率控制器中引入与角频率偏差成积分的附加功率项,其中功角同步系数K;可进行自适应调整,以实现无源网络频率的无差调节,并且可以提高无源网络的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC搭建了向无源网络供电的两端柔性直流输电系统,仿真结果表明,VSFR控制方法可以增加附加功率,保证换流站输入输出功率平衡,其正确性和有效性得到保证。

背靠背柔直的VSG控制策略及应用研究

大量的分布式电源并网会对电网运行的稳定性产生影响,为抑制220 kV电网的合环电流和提高供电可靠性,提出一种接入双端柔性直流背靠背装置的设计方案。利用背靠背柔性直流构建交直流混合电网,对柔性直流的控制策略进行研究。采用三相两电平拓扑结构的电压源换流器,基于电流内环控制的双环电流控制策略,内环采用基于Park变换的d/q轴解耦控制原理,外环采用下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制两种方式,利用PSCAD搭建电路模型,研究分析在系统发生故障扰动时不同控制策略下有功功率、电流、直流电压等的波动及恢复情况。仿真结果验证了VSG控制策略的优越性:与传统的柔性直流控制策略相比,VSG在动态过程中具有了惯性和阻尼电网功率振荡的能力,可对电网提供频率支撑,能更好地为系统提供惯性,提高系统稳定性。

阻抗隔离型中压并联式UPS控制策略研究

UPS作为高敏感、大容量负荷的电力保障设备,能在电网受到扰动或发生故障时为负荷提供安全可靠的供电。提出了一种适用于并联连接至中压配电网的阻抗隔离型UPS的控制设计思路。为使UPS外部输出特性兼具响应速度和抗扰性能,内部三相逆变器采用了基于电压控制型虚拟同步发电机技术的功率控制及电压电流双闭环控制,配合电网电压和频率偏差响应,保证负载电压稳定,并实现网侧接近单位功率因数运行;设计了电网故障的隔离及故障恢复后的准同步并网控制策略,实现UPS系统离并网过程的无缝切换。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了UPS系统运行的仿真模型,验证了所研究拓扑及控制策略的有效性和可行性。

闭环微电网快速接地保护实用化方案

微电源以微电网形式接入配电网,使其单向潮流、辐射供电方式转变为双向潮流、环网供电方式;并网运行发生接地故障时,因微电源并网逆变器所产生的方向性助增故障电流或外汲故障电流,可能导致传统继电保护装置拒动或误动。针对这一问题,文中提出一种适用于闭式环网的微电网接地保护方案。该方案需将辐射、树干式配电线路改造成闭式环形配电线路,每段线路按需配置第1类保护器和第2类加速保护器。第1类保护器以单端工频正序故障分量相位判定正向故障,2个保护器同时为正向故障时,实现故障区域定位;第2类加速保护器在加速时段内根据对端保护器动作情况,检测故障分量比值,实现故障区域快速隔离。通过理论分析和系统仿真验证了该保护方案的有效性与可行性。