基于虚拟惯性控制的光伏直流微电网稳定性分析

在“双碳”目标下,直流微电网呈现低惯性特性,这对系统稳定运行造成不利影响。建立基于母线节点导纳网络的负反馈模型,利用其等效开环函数对系统稳定性进行分析。针对系统稳定裕度不足,提出将虚拟惯性控制引入光伏单元,实现光照变化较大情况下的母线电压平滑输出。理论分析与实验结果表明,所提控制方法在保证光伏利用率的基础上,对母线电压波动的抑制效果明显。

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。

基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析

直流微电网是小惯性系统,负荷突变和新能源出力波动等因素都会影响直流母线电压的稳定,针对此问题,首先类比交流系统中的虚拟同步发电机(VSG)技术,根据交、直流系统间各变量的对应关系,提出一种应用于直流微电网的灵活虚拟惯性(FVI)控制策略,为受到扰动时的直流微网提供灵活可调的惯性支持,以提高系统的电压稳定性;其次,构建基于FVI控制的六端直流微网小信号模型,并通过灵敏度计算及根轨迹分析揭示了主要控制参数变化对系统虚拟惯性及直流电压稳定性的影响规律,为参数的选择提供了依据;最后,通过实时仿真证明所提控制方法的优越性及理论分析的正确性。

考虑锁相环动态的直驱风电机组虚拟惯性控制对电力系统小干扰稳定性影响

通过考虑锁相环（phase-locked loop,PLL）动态特性,研究了直驱风电机组附加虚拟惯性控制对电力系统小干扰稳定性的影响。构建了闭环互联系统模型,两个子系统分别为含PLL、虚拟惯性控制动态部分以及系统其余部分。基于该模型分析了风机和系统在不同交互程度下虚拟惯性控制对系统稳定性的影响机理,当开环PLL模式和机电模式位置接近时可能引发模式谐振,风机和系统间交互作用较强,且附加虚拟惯性控制将进一步加强这种交互作用,并对系统稳定性产生较大影响。在模式谐振条件下可对子系统模型进行降阶简化,应用根轨迹方法由开环模式分布位置关系、虚拟惯性控制增益、极点出射角因素分析考虑PLL动态后虚拟惯性控制对系统稳定性的影响。最后,通过仿真算例验证了所提方法和分析结论的有效性。

基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制

为了改善直流微电网的电压稳定性和动态性能,降低控制系统的复杂性,提出一种基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制(AVIC)方法。在反正切函数中嵌套幂函数,根据电压和电压变化率的动态变化调整下垂曲线的截距,以控制换流器快速释放或吸收功率,从而为直流微网提供惯性支持。建立含AVIC的四端直流微电网小信号模型,并通过根轨迹分析揭示主要控制参数对系统稳定性的影响规律。最后,通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性。

含虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析

为分析不同类型虚拟惯性控制对直流微电网产生的影响,首先建立了各电源与负载侧换流器的小信号模型,并分析了电网与蓄电池侧换流器在应用不同虚拟惯性控制时,其换流器端口的动态响应特性以及阻抗特性。其次,考虑到多换流器交互引起的稳定性问题,建立直流微电网的等效阻抗模型,根据阻抗匹配准则,分析了在不同控制模式下控制器与系统参数变化对系统稳定性的影响规律。根据稳定性以及动态特性分析可得出,在蓄电池侧换流器应用虚拟发电机型惯性控制可以使系统获得更好的动态特性与稳定边界。最后在Matlab时域仿真与RT-LAB实时仿真平台上分别建立了直流微电网仿真模型,并对相关理论分析进行了验证。

双馈风力发电机组虚拟惯性控制研究

基于电力电子变频器控制的双馈风力发电机对系统惯性几乎没有贡献,当双馈风力发电机组接入电网后,几乎不参与电网调频。如何使双馈风电机组具备频率响应能力已成为目前的研究热点。文章首先推导了采用不同矢量控制技术的双馈风力发电机组详细数学模型,其次分析了双馈风力发电机组以不同方式接入电网后对系统惯性的影响,最后在DIg SILENT\Power Factory中建立了虚拟惯性控制模块,仿真分析虚拟惯性控制中关键参数对调频能力的影响。

直流微电网虚拟惯性控制及其稳定性分析

针对直流微电网惯性低,母线电压抗干扰能力差的问题,考虑直流微电网中各旋转设备和储能设备的潜在惯性支持能力,提出直流微电网虚拟惯性控制。首先,给出了直流微电网中各可控电源提供的惯性功率的通用的表达式,该惯性功率直接由直流母线电压变化量及虚拟惯性控制系数确定;其次,在设计各变流器附加惯性控制时,采用一阶惯性环节代替了微分环节,避免了对输入信号产生高频干扰;再次,建立了直流微电网的小信号模型,分析了加入虚拟惯性控制后直流微电网的稳定性,给出了虚拟惯性控制系数的选取范围;最后,在Matlab/Simulink中建立了直流微电网模型并进行了时域仿真,验证了所提控制策略的有效性以及稳定性分析的正确性。

基于虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析及其改进方法

虚拟惯性控制可以增强直流微电网的惯性,防止直流母线电压突变,但其对系统稳定性的影响还不明确。以基于虚拟惯性控制的直流微电网为研究对象,推导并网换流器和恒功率负载的小信号模型,得到电源侧输出阻抗和负载输入阻抗。根据频率分析法和阻抗匹配准则,分析虚拟惯性系数和恒功率负载对系统稳定性的影响。从阻抗匹配的角度出发,提出串联虚拟阻抗减小电源侧输出阻抗,从而提高系统稳定裕度。

双馈风电机的虚拟惯性控制优化策略

电力系统在面对不同扰动时,双馈风力电机采用传统虚拟惯性控制不能充分利用转子动能参与调频,提出一种改进的虚拟惯性控制策略。对现有的风机传统虚拟惯性控制方法中的控制增益进行改进,即将控制增益与频率偏差建立耦合关系,使双馈风力电机根据系统频率偏差实时调整调频增发功率,减缓频率跌落速度,提高频率最低点。基于EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证改进方法的有效性。仿真结果表明,提出的改进虚拟惯性控制方法在不同扰动下均可大幅改善频率稳定性,且随扰动增大,改善效果越明显。

直流微电网并网变换器的改进虚拟惯性控制

为解决直流母线电压波动较大现象,应用于直流微电网的双向并网变换器(BGC)虚拟惯性控制增强了系统惯性,提高了直流母线电压的抗扰动能力。但在阶跃响应初始阶段母线电压存在幅值骤降现象,严重影响了系统运行稳定性。在此提出一种BGC改进虚拟惯性控制策略,通过在变换器控制结构中引入机械转动方程使微电网在运行过程中增加惯性,并对其关键参数进行动态特性分析,明确了参数设计对惯性的影响。分析仿真及实验结果可知,所提方法能够有效提高系统惯性能力,且不存在直流母线电压幅值骤降问题。

一种可改善失步振荡模式的风电虚拟惯性控制策略

高渗透率风电并网导致原有系统等值惯性下降,给电力系统失步振荡后的稳定控制过程带来新的挑战。但是目前尚未有文献将风电虚拟惯性控制应用于电力系统发生失步振荡后的稳定控制领域。提出一种可改善失步振荡模式的风电虚拟惯性控制策略,通过引入风机并网点频率偏差来修改风机有功输出,系统遭受大扰动后,风电机组可持续向系统提供大量功率支援。风电机组通过虚拟惯性控制向系统注入/吸收功率,能有效抑制系统群内功率振荡,使得群内同调,从而改善系统失步振荡模式。仿真结果验证了所提虚拟惯性控制策略的正确性和有效性。

基于无源控制的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

为了提高直流微网中双向并网变换器的动态性能并改善直流母线电压易受微网内部功率波动的影响,提出一种基于无源控制的虚拟惯性控制策略,即内环为无源控制,可实现对电感电流期望值的良好跟踪,外环为虚拟惯性控制,用于增强直流微网的惯性,提高直流母线电压的稳定性。通过建立小信号模型分析双向并网变换器采用所提控制策略时的性能与稳定性。仿真与实验结果表明,与基于PI控制的传统虚拟惯性控制策略相比,采用所提控制策略时的双向并网变换器受到负载扰动时,电压波动幅值减小5 V左右,具有更加良好的动态性能,同时还可有效提高直流微网的惯性。该策略同样可推广到直流微网中其他类型的变换器控制中。

基于可释放动能的双馈风机虚拟惯性控制策略影响分析

针对现有双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)附加虚拟惯性控制策略后存在兼顾频率稳定及暂态功角稳定方面的不足,首先利用DFIG的电压和磁链方程,推导出电磁功率表达式,基于同步发电机功角概念推导出与其类似的DFIG等效功角,并分析了DFIG的调频能力与其等效功角稳定性的关系。其次,鉴于DFIG在不同风速下含有不同程度的可释放动能(kinetic energy,KE),提出了一种基于可释放动能的惯性控制策略:根据转子转速调整DFIG惯性控制策略中频率变化率和下垂回路的回路增益,使运行在较高转速下的DFIG释放更多的动能,根据释放的动能来决定风电机组对系统惯性响应可提供的贡献。该策略在提高系统调频能力的基础上能兼顾改善暂态功角稳定性,并避免了转子转速过低,从而保证了DFIG在惯性控制过程中的稳定运行。最后,基于实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)的仿真软件RSCAD搭建了DFIG单机并网仿真系统,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

附加转速优化虚拟惯性控制的双馈风机一次调频研究

双馈风机由于自身运行特性,不再具备同步发电机所具有的惯性响应能力,导致双馈风电机组大规模并网后,减弱电力系统中惯性响应能力,系统发生功率扰动后,不足以维持频率在规定范围内变动,对电力系统稳定运行产生不良影响。首先分析电力系统引入风电机组后,风机对电力系统的影响;提出双馈风电机组附加转速优化虚拟惯性控制策略,在传统虚拟惯性控制中添加转速优化模块,并与转子转速控制相结合,使风机转子释放或吸收能量更多且平缓,减少对电网的冲击,并在该控制策略中加入转子转速保护模块,防止转子转速过低或过高,从而导致风机切出电网或对风机造成损伤,使双馈风机组具有与常规同步发电机同样的特性;最后在电网发生负荷突变情况下,引入附加转速优化虚拟惯性控制和综合控制进行仿真,验证所提出控制策略在电网等效惯性进一步降低时的有效性。

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略。该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能。首先,对多端口变换器的拓扑结构进行了简介;其次,对所提控制策略进行了理论分析与推导,并给出了控制策略框图;再次,建立了变换器小信号模型,分析了加入类VSG虚拟惯性控制策略后变换器的稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立了系统仿真模型,并进行了仿真对比,验证了所提控制策略的有效性及稳定性分析的正确性。与传统控制策略相比,所提控制策略增加了直流配电系统的惯性,平抑了直流母线电压的波动。

基于比例前馈积分反馈的虚拟惯性控制策略

在直流系统中配置储能可以平抑直流电压波动,为系统提供惯性支撑,提高系统稳定性。针对储能系统现有虚拟惯性控制策略存在的问题,提出了一种基于比例前馈积分反馈的新型惯性控制策略。该控制策略通过比例前馈系数、积分反馈系数、积分系数实现了对虚拟惯性的多维度控制。新型虚拟惯性控制策略中,比例前馈系数控制功率初始值给定,积分反馈系数控制稳态输出功率,积分系数控制动态响应能力,提高了控制策略的适应性。最后,储能系统以采用不共地式三电平双向DC/DC变换器为例,开展相关实验,实验结果验证了所提新型虚拟惯性控制策略的有效性。

户用直流微电网的建模与虚拟惯性控制

针对户用直流微电网的低惯性特点,研究分布式电源并网电力电子接口设备的潜在惯性支持能力,提高直流微电网的暂态稳定性.首先,构建基于光储的直流微电网模型,根据微电网直流母线电压变化量及微源接口电路的虚拟惯性控制系数确定能提供的惯性功率;其次,结合配电网的动态潮流约束及直流母线电压变化量的不同,分析加入虚拟惯性控制后直流微电网的暂态稳定性,研究虚拟惯性控制策略及虚拟电容值的选取范围;最后,基于PSCAD平台搭建仿真模型,仿真结果验证了所提虚拟惯性控制策略的有效性,并提高了直流微电网的暂态稳定性.

基于PMSG-WECS的双自适应虚拟惯性控制方法研究

基于提高电网的频率响应能力的目的,该文提出了一种基于永磁同步发电机(PMSG)的风力发电系统的双自适应虚拟惯性控制方法。通常情况下,采用虚拟惯性常数来模拟同步发电机,其释放的能量完全依赖于频率变化率(ROCOF)。然而,仅依赖于ROCOF并不能充分利用风机的惯性。为了获得更好的系统频率响应,该方法充分利用风力发电机(WT)的转子动能和风力发电系统(WECS)的直流链电容能量作为系统频率的支撑,并根据电网频率和电网频率变化率(ROCOF)自适应调节虚拟惯性参数,加速系统频率的恢复过程。通过仿真分析可知,提出的控制方法能更有效地利用风机动能和直流链电容的能量,减小了频率偏差和频率变化率。