负荷虚拟同步机惯性与阻尼自适应控制策略

虚拟同步机(VSM)技术通过模拟传统同步机转子惯性和系统阻尼,对电网提供惯性支撑。然而,阻尼与惯性的引入使得变换器的动态响应速度变慢,当变换器对输出功率进行主动调节时,无法快速、平稳地到达给定值。针对这一问题,提出一种惯性与阻尼自适应调节的负荷侧VSM优化控制策略。该控制策略通过在功率调节不同阶段,自主调节VSM的惯性J和阻尼D,实现对输出功率的优化控制。为了验证该控制策略的有效性,建立了VSM的MATLAB/Simulink模型,对其进行了仿真实验。仿真结果表明,与传统控制方法相比,基于该控制策略的同步机有功功率调节速度更快,调节过程中的波动和超调更小,具备更好的动态调节性能。

负荷虚拟同步机的宽频带dq阻抗建模及弱电网下与传统PWM整流器的稳定性对比分析

负荷虚拟同步机(load-side virtual synchronous machine,LVSM)引入转动惯量J和下垂系数Dp,为电网提供惯性和阻尼,但其在弱电网下的稳定性有待探究。考虑控制延时及采样滤波器,建立LVSM的宽频带dq阻抗模型,对比分析LVSM和传统电压型PWM整流器(voltagesource rectifier,VSR)的dq阻抗特性。LVSM的Zdd在10Hz内呈负阻性,比VSR的负阻范围窄,在10Hz以上基本呈感性。其次,基于广义奈奎斯特判据,比较研究发现它们在弱电网下都会诱发振荡:LVSM的振荡范围(40~60Hz)比VSR的振荡范围(7~200Hz)窄。且直流电压PI控制器是决定它们稳定性的关键。对LVSM而言,比例越大,积分越小,系统越稳定,且减小J和Dp可增强系统稳定性。对VSR而言,比例和积分越小,系统越稳定,且去除电压前馈可增强系统稳定性;最后,通过仿真和实验验证该文分析的正确性。

变频空调负荷虚拟同步机化改造及其参与微网互动调控

为了提高微网系统运行的安全稳定性,充分发掘海量空调负荷资源的可调潜力,从而增强负荷响应自主性,在对空调压缩机电机控制电路改造的基础上,提出了一种变频空调负荷虚拟同步机群参与微网调频的控制方法。首先对变频空调压缩机电机进行负荷虚拟同步机控制改造,建立其控制模型;然后将空调压缩机电机进行聚合等值,便于其参与微网互动调控;接着建立了变频空调负荷虚拟同步机群参与微网互动的控制架构;最后提出变频空调负荷参与微网一次和二次调频的策略,并通过对变频空调负荷虚拟同步机群控制仿真,验证了负荷虚拟同步机化改造能够有效提升空调负荷参与调频的能力。

负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制

负荷虚拟同步机(LVSM)是一种电网友好型负荷并网接口,但其本身不具备低电压穿越能力。为此,文中提出一种适应电网对称与不对称故障的LVSM低电压穿越控制方法。首先,提出LVSM的统一拓扑及其基本控制策略。在基本控制策略的基础上增加电网电压正序分量提取、低电压穿越检测、功率指令变更策略、故障期间使能的负序电流抑制、故障期间电流环输入限幅5个环节,实现电网故障短时间内LVSM不脱网、负荷稳定运行,并最大限度地为电网提供无功支撑。由于LVSM在故障期间保持惯性功率控制,故障结束后功率振荡平滑且有惯性,可有效减轻对电网的暂态冲击。硬件在环实验验证了所提低电压穿越控制方法的有效性。

一种自主降额运行的负荷虚拟同步机控制方法

大量低惯量、欠阻尼的电力电子负荷接入电网影响电力系统的稳定性。文章针对DC/DC负荷,提出了一种前级采用负荷虚拟同步机,后级采用频率-输出电压下垂和电压电流闭环的控制策略;针对DC/AC负荷,提出了一种前级采用负荷虚拟同步机,后级采用频率-转速下垂和矢量控制系统的变频器控制方法。所提方法能够提高负荷在弱网下的适应能力,增强电力系统的稳定性。最后,通过Matlab验证了理论分析的正确性。

电动汽车负荷虚拟同步机参与电网频率调节的充放电策略与实现

随着电动汽车(EV)充电接口大量接入电网,电力系统的稳定运行受到挑战。负荷虚拟同步机(LVSM)技术应运而生,可以为电力系统提供惯量和阻尼支撑,有助于提高电网的稳定性。本文在由虚拟同步发电机(VSG)模拟的电网与前级LVSM和后级EV电池充电变流器互联系统中,提出了在恒流充电、恒压充电和恒流放电三种模式下适应电网频率变化的EV电池充放电策略及实现方法,通过网-荷互动提高了电网频率的稳定性。仿真结果验证了所提出控制策略和实现方法的有效性和正确性。

基于虚拟电阻的电动汽车负荷虚拟同步机调频性能优化策略

负荷虚拟同步机(LVSM)技术可使电动汽车(EV)充电桩等负荷主动参与电网调频,但在EV两级式充电结构中,基于比例积分(PI)控制的后级DC/DC变换器的特性会削弱LVSM的调频性能。为此,提出一种虚拟电阻(VR)控制策略,通过重塑后级DC/DC变换器的输入阻抗为阻性,优化了LVSM的调频性能,充分发挥了LVSM的网荷互动能力。从理论上对比了采用传统PI控制和所提出的VR控制时,负荷扰动后电网频率偏差、各台LVSM直流母线电压和充电电流变化量的响应过程,结果表明VR控制通过充电电流调节过程使电网频率稳定性有所提升,且未对LVSM直流母线电压的稳定性造成不良影响。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提控制方法的有效性。

空调负荷虚拟同步机的负荷响应控制技术

空调负荷已经成为我国夏季用电的主要负荷之一,对电力系统的稳定运行产生了极大的威胁。负荷虚拟同步机技术可以感知电网的运行状态,在需求侧参与电网的一次调频,起到稳定电网的作用。首先,阐述了将变频空调作为负荷虚拟同步机运行,并参与电网一次调频的机理。其次,提出了空调负荷虚拟同步机负荷响应的调节策略及其功率控制方法。最后,通过仿真验证了所提出的负荷响应调节策略及其控制方法的有效性。

无储能单元的负荷虚拟同步机控制研究

近年来对虚拟同步机技术的研究多是通过配置储能单元对系统进行一次调压调频,维持系统稳定。此处提出一种无需配备储能装置的负荷虚拟同步机(LVSM)的控制方法,针对直流侧负荷可调一类场景,通过利用直流负荷的电压-频率特性并结合虚拟同步机技术,为大电网系统提供惯性与阻尼的支撑,对电网进行一次调节,实现电网的源-网-荷友好互动。在分析工作原理的基础上搭建了以SPACER为控制核心的全桥整流器实验平台,在不同工况下对LVSM的惯量补偿模式和一次调节模式进行了验证。

不平衡条件下改进拓扑的负荷虚拟机控制研究

此处将目前负荷虚拟同步机(LVSM)中常规的两电平脉宽调制(PWM)整流拓扑替换为结构新颖、性能优越的Vienna整流拓扑。Vienna整流拓扑在提高功率因数、降低电流的总谐波畸变率、在电网电压不平衡及断相条件下工作等方面具有显著的优势,并结合此拓扑的优势给出了一种不平衡电网条件下的改进控制方法,能够直接给出a,b,c自然坐标系三相参考电流,简化了在d,q坐标系下对正、负序分量的独立控制。最后搭建实验平台并与常规拓扑的LVSM进行了对比,验证Vienna整流拓扑的优越性和改进控制方法的正确性和有效性。

一种响应电网需求的电动汽车充电控制策略

电动汽车充电桩在响应电网频率调节需求时,会降低充电功率,影响电动汽车充电效率。为解决这一问题,提出一种电动汽车充电功率优化控制策略,可实现不降低充电功率的情况下,减少从电网吸收有功功率,短时间内不影响电动汽车充电。首先建立了基于负荷虚拟同步机技术的电动汽车充电桩数学模型,详细分析了充电桩内部功率潮流关系;其次设计了前级直流端口电压控制器,为充电桩响应电网需求提供了灵活性;最后,分析了充电桩各模态运行方式及系统关键参数的计算。基于PSCAD/EMTDC搭建了7.5 kW仿真模型,仿真结果表明,充电桩在电网频率低于额定频率0.8%时主动减小了2%的额定有功需求,同时对汽车动力电池保持定额充电,验证了该控制策略的有效性和优越性。充电桩大规模应用该策略后,将显著提升电网稳定性。