基于功角保持的VSG低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制通过模拟同步发电机的运行特性,达到并网逆变器为电网提供惯性支撑的目的。传统VSG在电网发生短路故障时容易导致输出电流越幅与功角振荡,无法为电网提供无功支撑,使逆变器不具备低电压穿越能力。文章提出一种VSG低电压穿越控制策略,故障期间保持功角稳定,故障恢复期间通过基于虚拟功率的功角保持环节实现预并列,故障恢复后输出功率能够快速恢复至给定值,运行模式之间能够平滑快速切换,实现低电压穿越。仿真验证了该控制策略的正确性与有效性。

基于VSG下垂优化控制的新能源电力系统惯性提升

针对传统VSG技术动态性能较差且重要参数J和D最优值较难确定的问题,提出了一种基于下垂控制与神经网络预测的VSG控制与参数优化策略,实现了VSG技术中关键参数J和D的动态调节。首先,所提策略将有功功率-频率下垂控制应用于VSG的控制算法中;其次,通过模拟同步发电机转子运动方程和电压与无功控制特性,建立VSG的小信号分析模型,完成了关键参数转动惯量与阻尼系数的初值整定;最后,建立了人工神经网络进行分析学习和网络训练,调整权值以改变VSG转动惯量与阻尼系数,通过误差函数比较输出量与输入量之间的误差,多次学习训练后参数达到期望值。将神经网络优化算法与下垂控制策略结合,对VSG控制策略进行优化。分别采用传统VSG控制、恒定参数下垂控制和基于神经网络优化的自适应参数下垂控制对算例进行仿真,结果表明:所提基于神经网络优化的自适应参数下垂控制比传统VSG控制的频率最大变化量降低了26.7%,频率稳定时间降低了0.25 s,表明了所提策略的有效性。

基于佳点集-t分布变异的麻雀算法VSG控制策略研究

为进一步优化虚拟同步发电机在给定有功扰动或电网频率突变扰动时存在的问题,提出了一种基于佳点集-t分布变异的麻雀算法VSG控制策略,该策略采用佳点集对麻雀种群进行初始化,引入正态分布修改发现者位置更新公式,并在麻雀个体位置更新后加入自适应t分布变异策略,利用测试函数验证了ISSA算法具有良好寻优能力。在VSG控制单元中引入ISSA算法,对VSG系统参数进行优化,获得一组符合需求的最优解。利用Simulink对比仿真常规VSG控制策略、SSA优化下的VSG和ISSA优化下的VSG控制策略,验证了当系统出现扰动时,该控制策略对于频率和有功功率振荡均有较好的抑制效果,且相对于另外两种控制策略,在响应速度、超调量、稳定性等方面的表现更优。

Small-signal modelling and stability analysis of grid-following and grid-forming inverters dominated power system

In this paper,the explicit state-space model for a multi-inverter system including grid-following inverter-based generators(IBGs)and grid-forming IBGs is developed by the two-level component connection method(CCM),which modularized inverter control blocks at the primary level and IBGs at the secondary level.Based on the comprehensive state-space model representing full order of system dynamics,eigenvalues of the overall system are thoroughly analyzed,identifying potential adverse impacts of not only grid-following inverters,but also grid forming inverters on the system small-signal stability,with the underlying principle of oscillations also understood.Numerical and simulation results validate effectiveness of the proposed methodology on IEEE benchmarking 39-bus system.

新能源经柔直送出系统的VSG控制及故障穿越策略

对于新能源经柔直送出系统,新能源控制器与柔直控制器参数匹配不佳会引起次/超同步振荡问题。为此,采用了基于VSG(虚拟同步发电机)控制的开环策略,取消了传统闭环控制方式下的内、外环及锁相环节,优化了柔直的阻抗特性,降低了与新能源的次/超同步振荡风险,同时适应孤岛与联网的运行方式。针对开环控制自身特性存在双极功率不平衡及故障后短路电流过高的问题,相应提出了双极功率平衡及故障穿越策略,并基于RTDS仿真验证了所提VSG控制及故障穿越策略的有效性。

基于自适应VSG控制策略永磁直驱风电系统研究

高比例风力发电使用大量的电力电子装置接入电网,本身不能像传统的同步发电机一样具备内在的惯性响应特性,在受到外界扰动时很难支撑风电系统自身频率的稳定性。常规的虚拟同步机(VSG)控制在惯量主动支撑方面很难满足实际运行需求,因此提出一种灵活自适应旋转惯量、阻尼综合VSG永磁直驱风电系统控制策略。首先,建立虚拟同步机永磁直驱风电系统机侧、网侧控制单元模型以及网侧和机侧之间的电流前馈控制单元。对风电VSG系统进行稳定性分析及参数整定。其次,设计自适应旋转惯量、阻尼综合控制规律,并对控制规律相关参数进行分析。最后,基于自适应灵活旋转惯量、阻尼综合控制规律建立风电系统仿真模型。通过仿真验证了该方法的可行性,仿真结果表明:该方法应用于风电系统相比于VSG/自适应旋转惯量VSG具有更好的调频特性以及具备直流母线抗扰动调压的特性。

基于有功微分补偿与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略

针对传统光储虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)存在并网有功稳态偏差与系统动态振荡难以兼顾的问题,提出一种基于有功微分补偿(active power differential compensation, APDC)与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略。首先,建立了基于APDC算法的光储VSG并网有功闭环小信号模型,并通过极点分布图与伯德图的分析,讨论了APDC算法对系统暂态振荡与有功稳态偏差的抑制效果,给出了相关系数的整定方法。然后,为改善频率响应并避免有功超调量的增加,设计了一种基于APDC算法的改进型虚拟惯量自适应策略,同时给出其参数的取值范围。最后,实验结果表明,所提策略能消除VSG并网有功的动态振荡与稳态偏差,具有更小的频率偏差与频率变化率。

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。

基于VSG的孤岛微网电压及频率二次调节控制方法

独立微电网在运行过程中,传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制下的最大允许输出功率和系统所带负荷的运行功率之间会存在差异,这会导致系统容量超载。若差异过大还会导致电压及频率越限,威胁系统的安全运行。为减小该问题对系统安全运行的影响,基于VSG控制策略,在分析电压和频率产生偏差的原因基础上,提出一种在独立微电网运行过程中电压及频率能实现二次调节的自恢复控制方法,以使系统的频率及输出功率实现实时动态调节。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制方法的可行性。

光伏并网逆变器的VSG转动惯量自适应控制方法

虚拟同步发电机是光伏并网逆变器中控制电子变换器的主要设备,但易受光伏发电动态性能的影响,导致转动惯量的控制精度较低。为此,提出光伏并网逆变器的VSG转动惯量自适应控制方法。根据光伏并网逆变器的VSG结构,在联立同步发电机中生成VSG的稳态输出,获取功率输出对逆变器VSG的特性影响。通过计算转动惯量与逆变器频率波动之间的函数关系,得出阻尼系数和频率变化程度,根据角速度偏差及变化率的实时情况调整转动惯量,明确不同程度的负荷投切情况,获取高精度转动惯量自适应控制结果。实验结果表明,所提方法在输出的有功和无功功率比较中,在0.26 s内即可快速进入平稳状态,在0.40 s时转动惯量趋于稳定,表明该方法的功率控制效果好、可实现转动惯量的高精度控制。

多VSG单元的惯量协调控制策略研究

大规模光伏并网系统中常采用多个虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)单元进行协调配合,为电网提供虚拟惯性。但在实际运行中,虚拟惯量分配不合理会导致系统频率响应差及源端易损等。针对此问题,提出一种针对混合光储多VSG单元的惯量协调控制策略。该策略通过构造隶属函数,将储能单元荷电状态、换流器可调功率、储能充放电可调功率3个指标转化到同一量纲下,以解决惯量分配时多目标转换困难的问题。同时,为区分各指标对频率稳定的重要程度,避免惯量分配时权重选择的主观性,构建一种权重优化系数,可根据指标的差异度实时调节权重。通过建立六端交流系统小信号模型,运用根轨迹法对隶属函数中主导参数进行稳定性分析,进而确定参数选取范围。在MATLAB/SIMULINK中搭建光储六端交流系统模型并进行时域仿真,仿真结果可以验证所提控制策略的有效性。

基于VSG的永磁风力发电机高/低电压穿越研究

为解决永磁风力发电机在高/低电压穿越期间并网点电压和频率波动问题,提出采用虚拟同步发电机(VSG)控制网侧变流器,提高永磁风力发电系统惯性和阻尼,使其在电压穿越期间支撑并网点电压和频率的恢复。通过VSG的有功-频率调节作用,根据系统频率变化量,调节网侧变流器有功功率输出能力,在转动惯量和阻尼系数的作用下实现对频率波动的抑制;调节VSG的无功功率指令实现对虚拟电动势的调节,使其在电压穿越期间为电网提供动态无功支撑,对并网点电压进行调节。并有效抑制连续高/低电压穿越期间系统功率、频率持续性波动,提高系统在连续高/低电压穿越期间的并网稳定性。最后,通过系统仿真验证所提控制策略的有效性。

基于无功电压补偿优化的VSG环流抑制策略

针对现有的抑制策略超调量大、抑制环流效果差的问题,提出基于无功电压补偿优化的VSG环流抑制策略。由于并联系统中线路阻抗分布不同,使得VSG端口输出电压存在差异,系统产生环流,因此需分析系统的功率传输特性。首先计算逆变器的并网环流,并用三维图像表示;然后对图像进行分析;再建立同步发电机模型,对VSG输出功率进行调节,运用带电压补偿的VSG控制策略来进行抑制,调节下垂系数,设计补偿的电压量,修正VSG电压差值达到抑制效果。实验结果表明,实验组调节RG2与RG1具有相同的电压,有效控制不发生超调,减少了振荡发生,使得达到目标电压的时间更短,状态更稳定。

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。

VSG控制的无人船低电压故障短路电流计算方法

为保证某混合能源无人船中储能设备并入交流母线的稳定性和安全性,采用虚拟同步发电机(VSG)技术对储能设备进行控制。通过对无人船电力系统发生对称低电压故障后的虚拟同步发电机进行暂态分析,考虑到虚拟同步发电机与传统同步发电机在功角特性、耐流能力等方面的不同,对虚拟同步发电机提出新的暂态分析方法,并改进传统短路电流的计算方法,提出考虑内电势变化的改进短路电流迭代计算方法,以提高短路电流计算的精确性。相比于不考虑内电势变化,该计算方法计算得到的短路电流实现了理论值与仿真值的吻合,误差率小于0.5%,可为后续无人船保护整定提供精确的参考依据。

基于VSG技术的分布式电源自适应阻尼控制研究

分布式电源作为环境兼容性良好的独立电源,依托虚拟同步发电机(VSG)技术优化自适应阻尼控制功能,能充分提升电源运行稳定性,缩减频率偏差,属于优越性方法。本文简要分析优化设计目的,围绕VSG技术原理明确优化思路,以仿真分析法从建立VSG仿真模型、优化控制参数、完善控制模块、调试优化方案结构等方面阐述自适应阻尼控制路径,为分布式电源产品推广给予保障。同时,按照本文主张的优化方案改进分布式电源架构,有利于妥善处理欠阻尼问题,削弱VSG输出频率增高下不良影响,致使电源系统体现稳态特性价值。

基于虚拟阻抗及重复控制的VSG功率解耦策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术的功率环存在耦合导致参数难以整定,同时输出电流会产生畸变,针对这些问题,提出了一种电流环采用复合型重复控制的VSG解耦方案。对功率环存在耦合的问题,建立小信号分析模型研究后,提出一种加入虚拟阻抗的环路解耦控制方法,简化系统后更易获取参数。同时为降低VSG输出电流的畸变率,提高系统稳定性和加快系统的动态响应速度,在电流环采用改进型重复控制策略。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了虚拟同步发电机的仿真,验证了上述理论分析的正确性及所提控制策略的有效性。

VSG惯量及阻尼的协同自适应控制研究

针对常规自适应控制的虚拟同步发电机在微网变化后虚拟惯量及阻尼之间不协调的调整可能导致系统出现较严重的频率波动问题,设计一种新型的虚拟同步发电机参数协同自适应控制策略。首先,结合扰动发生后系统在不同阶段暂态能量转换过程,提出一种指数型虚拟惯量自适应控制技术方案;然后,基于系统动态特性指标要求,在虚拟惯量和阻尼之间建立一种函数关系,并给出关键参数选取原则和具体范围,使惯量和阻尼协同调节以保持系统始终处于最佳阻尼比状态;最后,通过仿真对比证明了所提策略的优越性。

基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网运行时在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡问题,提出了一种基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略。首先,基于状态反馈理论,分析了所提控制方法的物理意义,即该策略是通过在常规VSG有功控制环中加入角频率和电磁功率的高频分量来增强系统暂态阻尼。然后,基于所提的控制方法,建立了系统的有功控制环闭环小信号模型,并通过对系统特征根的根轨迹进行分析揭示了所提控制方法对VSG有功功率振荡抑制的影响。并给出了各状态反馈参数的设计准则,指导了反馈系数的设计。所提控制策略能有效抑制有功指令突变和电网频率突变时VSG输出有功功率振荡,并且不会影响系统的稳态特性。最后,通过仿真和实验对比分析,表明所提控制方法具有更好的有功功率振荡抑制效果,并且能消除稳态偏差,且适用于不同电网强度。

优化储能容量配置的ln基底型VSG自适应控制策略

针对虚拟同步发电机VSG(virtual synchronous generator)自适应控制大范围调节参数导致需要较大储能容量配置的问题,设计ln基底型自适应控制策略以优化储能容量配置。通过对基于速度反馈控制的虚拟同步发电机VF-VSG(velocity feedback control based VSG)进行数学建模,建立VSG在输入功率扰动时与所需储能容量之间的关系,据此分析速度反馈系数、VSG转动惯量和阻尼系数对储能容量的影响,以此设计ln基底型自适应控制策略,避免参数大范围调节,优化储能容量配置。通过仿真实验可知:所提控制策略在暂态性能优良的前提下,降低了9.8%储能容量的配置,验证了所提策略的有效性。