基于虚拟负电阻的微电网下垂控制研究

孤岛模式下运行的微电网,其稳定性与可靠性要求各微电源能均衡分担负荷,电能质量要求系统输出的电压和系统频率波动在一定的范围内。而传统的微电网下垂控制适用条件有限,其电压和频率以及功率的分配受负荷投切、线路阻抗等多重因素的影响。分析了下垂控制工作原理和适用条件,提出了设计基于虚拟负电阻的改进型下垂控制策略,并通过MATLAB/SIMULINK工具箱对此进行了仿真验证分析,利用虚拟负电阻抵消线路部分阻性成分的影响,使得线路阻抗呈现感性,提高了微电网在负载投切下的功率分配精度。

低压微网逆变器的“虚拟负阻抗”控制策略

提出基于"虚拟负阻抗"的控制策略对低压微网中的并联逆变器进行控制,该策略包含"虚拟负电阻"和虚拟电感两部分。"虚拟负电阻"用以降低由阻性线路引起的功率耦合,并减小并联系统输出电压降落;虚拟电感使逆变器本身的输出阻抗呈感性,调节系统感抗匹配程度以提高无功分配精度;分析非基频暂态稳定性对"虚拟负电阻"取值范围的限制,提出增大该取值范围的改进方案。改进方案使并联逆变器能稳定运行于基波系统阻抗角位于第二象限的新区域,可提高线路参数漂移和估算不准确时的系统性能。此外,给出用波德图对并联逆变器功率环路进行稳定性分析的方法。仿真和实验结果验证了上述控制策略和方法的有效性。

基于“虚拟负阻抗”的微网逆变器并联运行研究

在低压微网孤岛运行模式下,传统下垂控制受线路阻抗特性的影响难以实现良好的均流效果。在控制环路增加虚拟阻抗可以抑制系统环流,但传统虚拟阻抗会增大逆变器的输出阻抗,导致输出产生电压降落,且由于系统阻抗阻性部分的影响难以将系统矫正为纯感性。为解决上述问题,提出“虚拟负阻抗”的控制策略,采用虚拟负电阻来抵消系统阻抗中的阻性部分,使逆变器保持较低的输出阻抗,减小系统输出电压的降落,再结合虚拟电感使其更趋近纯感性,改善环流抑制效果。在 Matlab/Simulink中搭建了双逆变器并联运行模型,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。

逆变器并联小信号模型及虚拟负阻抗控制策略

下垂控制逆变器并联系统中虚拟负阻抗技术是一种有效实现功率均分与环流抑制的手段,虚拟阻抗大小影响其实现效果及系统稳定性。建立了逆变器并联系统的下垂控制小信号模型,利用根轨迹图设计下垂系数并确定等效输出阻抗范围,进而从系统稳定性需求出发分析了虚拟负阻抗与环流的联系和虚拟负阻抗的设计。仿真和实验结果表明,所设计的逆变器并联系统稳定,且能有效实现逆变器功率均分和环流抑制。

孤岛微网中基于虚拟负阻抗的改进下垂控制

在微电网多逆变器并联系统中,每个分布式电源(DG)与公共接入点(PCC)之间的距离各不相同,导致各个单元的线路阻抗存在差异,此时采用传统下垂控制,无功功率将无法得到有效均分;且由于线路阻抗及下垂控制器的作用,DG单元的输出电压幅值出现较大降落。首先对无功功率无法均分的原因进行了分析,在此基础上,针对传统下垂控制的缺陷提出一种基于虚拟负阻抗的改进下垂控制方法。仿真结果表明,该改进型下垂控制策略既能实现对无功的有效均分,也能有效减小系统的输出电压幅值降落。

基于虚拟负电阻的航空静止变流器并联控制策略

在航空微电网系统中,通常需要航空静止变流器提供稳定的电压和频率。为了提高微电网的容量,通常采用多台变流器并联运行,但并联变流器的输出阻抗以及线路阻抗的差异会导致系统功率分配不均问题。在负载不对称的情形下,微网系统的线路阻抗会增加公共点电压的不对称度,影响微网的供电质量。为解决上述问题,采用有互联线的分散逻辑控制策略对系统功率进行均分,并加入了虚拟负电阻策略,降低了当不对称负载出现时并联系统三相电压的不对称度。最后通过实验平台验证了策略的正确性。

虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略

伴随着分布式能源渗透率的逐渐提高,电力系统中的转动惯量相对减小,严重影响到系统安全稳定运行。其中虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)因具备同步发电机的相关特性而备受关注。针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡,从而引起下垂特性的变化的情况,在对动静态功率耦合机理分析的基础上,提出基于虚拟稳态同步负阻抗的功率解耦策略,更好地消除了功率环间的耦合作用。通过建立基于所提出的VSG新型功率解耦策略的全局状态空间小信号模型,证明了该解耦策略的有效性。最后,搭建了基于解耦策略的VSG实验平台。通过实验结果验证了所提解耦策略的有效性,消除了功率环间的耦合作用,增强了VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。

孤岛微网不平衡负荷下控制策略

在三相孤岛微网系统中,负载的不平衡将会导致负序电流和电压的产生。线路参数的差异会造成各微源之间负序电流的无序分配,低压电网中较大的线路阻抗将会进一步增大微网的不平衡性,进而影响负荷的正常工作。针对这些问题提出了一种基于PR控制器的孤岛微网不平衡负荷下控制策略。该策略通过两相静止坐标系下的正负序独立控制,实现了负序虚拟负阻抗的设计,减小了微源传输阻抗,实现了微源之间负序环流的抑制,并减小了PCC点的电压不平衡度,保证了微源以及微网的正常工作。通过Matlab/Simulink的仿真验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。

基于虚拟阻抗的微电网有功均分阻性下垂控制策略

低压微电网中连接线参数不等使得并联逆变器输出功率存在偏差。针对低压微电网的线路特性,忽略线路电抗后采用阻性下垂控制方法实现功率解耦,同时增加虚拟负感抗抵消逆变器的等效输出感抗,进一步提高功率解耦控制的准确性。在此基础上,提出了一种基于本地信息的自适应虚拟电阻控制方法以减小有功偏差,利用本地逆变器输出的有功功率和电压作为馈入信号自适应地调节虚拟电阻取值,通过有功功率偏差方程揭示了其作用机理,并利用小信号稳定性分析对虚拟电阻系数的取值进行了优化设计。在仿真和实验平台中与已有控制策略进行对比,结果表明所提控制策略能够在提高有功均分精度的同时减小电压降,无需通信系统更有利于实现微电网的“即插即用”。

储能电池自适应控制下参与火力发电机组一次调频的综合控制方法

针对储能电池参与火力发电机组一次调频时控制能力不足的缺陷,提出了一种基于一次调频特性和储能电池荷电状态(SOC)优化储能电池出力的自适应综合控制方法.通过对电网调频特性的分析,改进虚拟惯性控制得到虚拟负惯性控制.在频率调节初期,储能电池出力以下垂控制为主、惯性控制为辅;在频率恢复期,以惯性控制为主、下垂控制为辅.为了优化储能电池功率输出,基于logistic函数设置自适应出力系数调整策略,维持良好SOC.以典型单区域电网为例,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,对所提出的自适应综合控制方法进行仿真验证,证明该控制策略能够快速有效地减小频率偏差,使电力系统快速恢复到一次调频频率稳态值.

面向交通应用场景的增强现实地图载负量及多尺度显示模型

为探究解决AR Maps表达中普遍存在的视觉过载问题的方法,基于实景视觉信息量提出了一种新的面向交通应用场景的AR Maps载负量计算方法;以此为基础提出了AR Maps多尺度显示模型构建方法,建立了AR Maps多尺度显示模型;根据此模型进行了AR Maps POI标签的显示控制方法的研究;实现了AR Maps原型系统并进行实验。结果表明,在交通应用场景下,AR Maps载负量计算方法和多尺度显示模型可以有效解决AR Maps中存在的视觉过载问题,并具有一定的实用性和可靠性,能够为AR Maps表达的研究提供科学性依据。

智能微网中平衡负载下逆变器并联控制研究

传统下垂控制没有考虑本地负荷和并联逆变器间线路阻抗等因素,无功功率不能实现准确分配,系统稳定性也会随之降低。为了实现对无功功率的合理分配,在微网系统传统下垂控制算法基础上,在电压电流双闭环控制中设计虚拟阻抗,以降低有功和无功耦合程度。然后针对低压微电网中线路阻性成分较大的问题,设计虚拟负阻抗的下垂控制算法,从而进一步降低了有功和无功耦合程度。仿真结果表明,改进下垂控制前后均可以实现对有功功率的合理分配。传统下垂控制的无功功率无法合理分配,偏差达到了20%。加入虚拟阻抗控制算法后提高了无功功率分配精度,引入虚拟负阻抗的控制算法可使该精度进一步提高。因此,相比传统下垂控制,加入该控制算法后逆变器可以获得更好的功率分配效果。

基于模糊控制的储能参与一次调频综合控制策略

针对储能调频控制模式间以临界值方式直接切换造成功率跃变及储能荷电状态(SOC)过高过低,储能出力受限问题,提出一种基于模糊控制的储能参与的一次调频综合控制策略。首先,分析储能虚拟下垂、虚拟惯量和虚拟负惯量控制参数对系统频率响应的影响,确定各控制参数调频优势和稳定变化范围;其次,设计含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现控制模式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;最后,采用logistics函数设计SOC反馈控制策略和SOC自恢复控制策略,使储能容量得到更好的保持,提高储能的调频能力。仿真实验验证了所提策略的有效性。

基于改进下垂控制的同步定频微电网功率分配

孤岛运行微电网存在因线路阻抗不一致引起的分布式电源(DG)输出功率无法按其容量比例分配问题。针对上述问题,利用电压-电流(U-I)下垂特性对各DG输出电压幅值进行控制,通过卫星授时技术产生相位相同、频率固定的输出电压。进一步利用同步定频微电网中的同步信息,对不同测点电压电流同步测量,实现对线路阻抗的主动辨识。在此基础上,提出基于虚拟负阻抗的改进下垂控制策略,可实现线路阻抗的完全补偿,各DG按其容量比例精确分配功率。此外,为提高系统稳定性,通过奈奎斯特曲线分析虚拟负阻抗的参数对系统稳定性的影响,为参数设计提供依据。最后通过仿真和实验结果验证了所提方法可使DG输出有功功率及无功功率按其容量比例精确分配。

基于交叉熵的海上风电经柔性低频送出系统海缆纵联保护

柔性低频输电系统交流海缆线路两侧为电力电子换流器,故障电流特性由换流器控制策略决定,与传统同步电源存在差别,导致传统电流差动保护存在不正确动作风险。为解决此问题,基于海上风电经柔性低频输电送出系统海缆线路的故障电流特性,对传统电流差动保护进行了动作性能分析,揭示了动作性能下降的原因,提出了一种基于交叉熵算法的新型纵联保护方案。该方案先对一侧电流采样值进行虚拟负电容补偿和相反数处理,再计算其与另一侧电流的交叉熵,根据交叉熵的变化判断区外和区内故障。硬件在环实验结果表明:该方案能在海缆发生各种类型故障时正确动作,抗高过渡电阻的能力强,同时对TA测量误差具备良好的耐受能力,可作为柔性低频输电海缆的主保护。

电网对称短路故障下双馈风电系统同步稳定分析及致稳控制策略

双馈感应风力发电机(DFIG)在三相对称短路故障下极易与电网失去同步。研究双馈风电发电系统的同步稳定机理及其同步致稳控制策略是确保系统遭受大扰动后依然可以保持安全稳定运行的关键。为此,本文以双馈风机为研究对象,通过解析法揭示了DFIG系统大/小信号同步失稳机理及稳定边界,得到了系统的同步稳定运行区域,从而进一步完善了DFIG系统同步稳定判据。在此基础上,本文提出了一种虚拟负电阻控制策略,可有效提高风电机组的同步稳定性。

基于解耦理论的低压微电网下垂控制优化研究

线路阻感特性使低压微电网功率耦合严重,影响下垂策略的控制效果。文章利用相对增益矩阵分析低压微网功率耦合程度,提出在下垂控制中加入虚拟负电阻改善控制效果,并进一步分析了虚拟负电阻参数选择对系统稳定性的影响。分析结果表明:虚拟负电阻能够使逆变器输出阻抗呈容性,改善线路压降和无功补偿配置问题。理论分析证明了解耦理论与虚拟负电阻在改善低压微电网下垂控制策略方面的有效性。仿真分析进一步说明了所提出方法的可行性。

直流微电网多源并联自主均流控制策略

实现微源间负荷电流的精确分配及母线电压的无差调节是直流微电网重要的控制目标,但由于线路阻抗及低速通信的存在,传统下垂控制很难同时满足均流及稳定性的要求。提出一种基于低频低幅值交流信号注入的多源并联自主均流控制策略,在各变流器直流输出上注入交流小信号,并使其频率与输出直流电流产生频率–电流下垂特性,利用产生的无功功率环流调节各变流器输出直流电压,进而在反馈机制下,实现多变流器间的并联控制及负荷电流的精确分配;在此基础上,利用限幅及负阻抗环节,提出一种改进的母线电压补偿方法,进一步降低了由于线路阻抗造成的电压跌落,该方法无需互联通信线,无需改变硬件结构,易于实现;最后利用小信号建模,分析了控制策略的稳定性和动态性能。仿真和实验验证了所提方法的可行性和有效性。

船舶直流微电网非线性积分均流控制

针对船舶储能系统中DC-DC变换器的参数和线路阻抗不一致引起的均流问题,提出一种基于虚构交流电压信号的非线性积分均流控制方法。借鉴交流微电网中逆变器的下垂控制机理,虚构频率与变换器输出电流呈现下垂特性的交流电压,使得DC-DC变换器也可以通过频率来协调变换器间的负载分配。在非线性积分Sin(∫)作用下促使变换器的虚拟频率均保持一致,从而保证了DC-DC变换器的均流精度。在此基础上,利用虚拟负阻抗进一步减小了线路电阻引起的直流母线电压偏差。利用根轨迹分析了非线性积分均流控制的稳定性,并对系统中出现的右半平面极点进行了校正。基于Simulink的仿真和基于Dspace的半实物实验结果表明,非线性积分均流控制方法提高了电流稳态分配精度、母线电压恢复能力和系统可靠性。

改进下垂法的微网逆变器并联控制研究

为了提高电能质量以及微网运行的稳定性,并联逆变器间的无功功率需要实现合理分配,无功环流需要得到抑制,交流母线电压的降落需要减小。在传统下垂的电压电流双闭环模块中引入虚拟阻抗,在虚拟阻抗的基础上引入虚拟负阻抗来补偿线路阻抗差异引起的交流母线压降。结果表明有功功率在改进下垂控制的前后都可以实现合理的分配,因有功和无功的耦合程度较大,传统下垂控制的无功功率分配有较大的误差,加入虚拟阻抗后降低了耦合度,提高了无功功率的分配精度,同时减小了无功环流,但引起了较大的交流母线电压降落问题。引入虚拟负阻抗后进一步降低有功和无功耦合度,无功功率分配效果和无功环流的抑制效果都进一步得到了改善,同时有效的减小了线路阻抗引起的交流母线电压降落问题。通过对传统下垂控制的改进,很好的解决了逆变器无功功率分配,无功环流问题,减小了交流母线电压降落问题。