An Integrated Control Strategy Adopting Droop Control with Virtual Inductance in Microgrid

As there exists sorts of distributed generators in microgrid, an integrated control strategy containing different control methods against corresponding generators should be applied. The strategy in this paper involves PQ control and droop control methods. The former aims at letting generators like PV output maximum power. The latter stems from inverter parallel technique and applies to controlling generators which can keep the network voltage steady to make the parallel system reach the minimum circulation point. Due to the unworthiness of droop control applied in low-voltage microgrid of which the impedance ratio is rather high, the paper adopts the droop control introducing virtual generator and virtual impedance. Based on theoretical analysis, simulation in Matlab is also implemented to verify the feasibility of the strategy.

风电虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究

风电机组采用虚拟惯量参与电网调频时,其本质是带延时的快速功率响应,但虚拟惯量延时对频率控制的非线性影响尚不清晰。同时,虚拟惯量存在测频精度要求高、延时大、频率微分环节放大量测误差等固有缺陷。为此,提出了风电机组虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究的思路。首先,通过将风电机组虚拟惯量和下垂控制的延时特性近似等效为一阶惯性环节,建立风电调频使用虚拟惯量和下垂控制的系统频率响应模型;其次,基于劳斯近似法对高阶模型进行降阶解析,求得系统频率最低点的解析表达式;然后,解析求解风电调频仅使用下垂控制的系统频率响应模型,并在频率最低点指标下给出与虚拟惯量和下垂控制相同调频效果的下垂控制系数设定方法。进一步,在设定下垂控制参数下,对比两种控制方式下的最大频率变化率、稳态频率等关键指标关系,得出结论:适当改变下垂系数可替代带延时虚拟惯量,并能取得比虚拟惯量和下垂控制更佳的调频效果。最后,建立仿真模型,并从系统频率响应动态、调频能量需求、风电机组响应功率等方面验证了分析的正确性。

基于NSGA-Ⅱ的飞轮-火电联合二次调频最优负荷分配策略

为了在提升飞轮-火电联合二次调频性能的同时控制调频成本、减少飞轮损耗,面向飞轮-火电联合系统,提出一种考虑自动发电控制(AGC)指令及电网频率偏差的基于多目标遗传算法的负荷分配策略。该策略以电网调频偏差、飞轮-火电出力能量和、飞轮损耗为三层最小化目标,考虑火电机组爬坡率及其负荷备用、飞轮荷电状态及其功率等约束条件,基于改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),通过AGC功率指令变化速度及频率偏差动态调整飞轮与火电出力权重系数,以频率偏差及其变化方向调整飞轮虚拟下垂、惯性系数,求解飞轮-火电出力比例、飞轮下垂系数和飞轮惯性系数。结合中国宁夏某电厂飞轮储能系统辅助火电机组调频现场AGC指令等历史数据,在双区域两机系统模型上进行仿真实验,结果表明该负荷分配策略有效地减小了火电二次调频偏差和调节时间,提升了调频性能,同时也有效地控制了系统出力能量及飞轮损耗。

考虑可再生能源接入的多端MMC交直流混合系统协调控制

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率-电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

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。

基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略

当前微电网并联逆变器下垂控制机制一般设定为独立式,控制的范围较难扩展,导致控制补偿差增加。为此,提出对基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略的设计与实践。先进行下垂控制特性提取,采用交互的方式,扩大控制的范围,设计交互控制机制。在此基础上,构建虚拟阻抗自适应微电网并联逆变器下垂控制模型,采用补偿核验的方式确保下垂控制效果。针对选定的5个测试逆变器,经过2个周期的测定得出的控制补偿差被较好地控制在1.05以下,说明此次在虚拟阻抗自适应原理的辅助下,所设计的微电网并联逆变器下垂控制方法更为高效,具有实际的应用价值。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。

低压微网并联逆变器系统功率均分策略

针对低压微网中各线路参数不同导致并联逆变器有功功率的分配不均,提出了自适应虚拟阻抗的控制策略。首先以两台并联逆变器为研究对象,分析阻感比大的情形下有功分配不均以及环流产生的原因;其次通过引入自适应虚拟阻抗对传统下垂控制进行改进,并加入电压和频率补偿环节;最后在电压电流环中采用二阶广义积分和准比例谐振控制器提高系统的跟踪能力。通过Matlab搭建仿真实验,结果表明:自适应虚拟阻抗的引入,能够确保有功功率的均分,能够应对负荷变化的情形,在电压和频率补偿环节也能够有效改善母线电压的跌落以及提高系统的稳定性。

基于频率前馈补偿的储能VSG并网有功响应优化策略

分析现有基于电磁功率前馈补偿的暂态阻尼方案,该方案可有效抑制储能虚拟同步机(VSG)并网有功的动态振荡,但会因降低其惯量支撑能力而存在频率过冲风险。为此,提出一种基于频率前馈补偿的暂态阻尼优化策略。该策略在不影响储能VSG惯量响应性能的前提下,可有效抑制其并网有功的动态振荡,既能大大减小有功超调,又不会引起频率过冲。最后,建立储能VSG并网系统的Matlab仿真模型与实验平台,仿真与实验测试对比结果验证了所提策略的有效性与优越性。

构网型下垂控制中虚拟阻抗的作用、改进及研究前景分析

随着新型电力系统建设进程的加速,新能源等电力电子化电源在系统中渗透率不断提高,电网强度随之减弱,系统安全性受到挑战。部分变流器亟需采用构网型控制,而下垂控制就是一种经典的构网型控制策略;作为对下垂控制策略的有效改进手段,虚拟阻抗技术受到广泛关注。在国内外研究人员共同推动下,虚拟阻抗技术目前已取得较为丰富的理论研究及实践成果,具有广阔的应用前景。围绕虚拟阻抗在构网型下垂控制中的主要定位及作用机理进行了分析,对虚拟阻抗的典型改进方法和发展现状进行了梳理总结,并结合目前的研究进展及趋势,对虚拟阻抗技术的研究前景、未来可能面临和需要解决的关键问题进行了分析、探讨和研判。

具有惯性支撑的直流微电网均流控制策略

直流微电网系统通常采用传统下垂控制实现负荷均匀分配,但线路阻抗影响负荷分配精度。基于变换器输出纹波频率特性的阻抗检测方法,设计了一种改进的非线性下垂控制(INDC),可实时跟踪变换器输出电流动态变化,有效改善负荷分配精度。但在负载突变时抑制母线电压波动能力不足,进一步在控制中增设虚拟直流电机(VDCM)控制,为变换器提供额外虚拟惯量和阻尼,有效抑制了直流母线电压的波动。理论分析与实验结果表明,与传统下垂控制相比,所提控制策略可以有效解决线路阻抗引起的负荷分配精度,同时在负载功率突变时,能更好地抑制直流母线电压波动。

基于时间触发机制的温控负荷集群综合惯性控制研究

面对新型电力系统的低惯量趋势,规模庞大而位置分散的温控负荷在参与电力系统频率响应的同时,能够为电网提供虚拟惯量和一次调频支撑将是提升电网频率安全的新思路。为此,以集中-分布式调控框架下的温控负荷集群为研究对象,首先在详细分解控制层调控中心、协调层聚合商、响应层温控负荷终端三者在辅助调频过程中的采样、计算、控制、执行一系列实时任务的基础上,设计了事件触发与时间触发相结合的温控负荷集群终端异步响应机制,实现温控负荷集群功率遵从综合惯性控制律的效果。随后,对所提综合惯性控制下温控负荷集群参与调频的电力系统进行频率响应建模,并进一步利用改进劳斯近似实现系统降阶,从而获得系统频率响应关键特征的时域解析表达式。最后,通过仿真算例验证了所提基于时间触发机制的温控负荷集群综合惯性控制的有效性,并分析了采用改进劳斯近似对系统模型降阶的可行性。

多微型逆变器微电网频率暂态稳定综合控制研究

研究多微型逆变器微电网频率暂态稳定综合控制,有效控制微电网频率暂态稳定性,提升控制准确性,缩短调节时间。通过励磁控制与功频控制构建虚拟同步发电机控制方法,实现负荷小扰动下微电网频率暂态稳定控制;利用改进下垂控制方法,实现负荷大扰动下微电网频率暂态稳定控制;通过设计同步电压控制器与双环控制器,完成虚拟同步发电机控制方法与改进下垂控制方法的自由切换,综合控制不同情况下微电网频率的暂态稳定。实验证明,所研究方法在不同负荷扰动下,可有效实现微电网频率暂态稳定控制;在切换离网模式与并网模式时,能够有效切换控制方法,准确控制微电网频率暂态稳定性,缩短调节时间。

基于充放电裕度的电动汽车集群一次调频控制策略

针对未来电网一次调频资源不足的问题,文中提出一种基于充放电裕度的电动汽车集群虚拟储能参与电网一次调频的自适应控制策略。首先,分析电动汽车的调控运行范围。其次,研究电动汽车集群参与电网一次调频方法。考虑电动汽车充放电时间和电池荷电状态(state of charge,SOC)裕度,设计电动汽车充放电裕度指标。接着,提出基于充放电裕度的自适应一次调频控制策略,优化电动汽车参与一次调频的下垂功率,从而兼顾电网一次调频和电动汽车充放电需求。然后,通过定时更新方式评估电动汽车集群虚拟储能的一次调频能力,并提出一次调频效果评价指标。最后,通过区域电网仿真案例分析,验证所提策略减少系统频率偏差和优化电动汽车一次调频出力的有效性。

基于自适应控制参数整定的虚拟同步发电机控制策略

以新能源为主体的新型电力系统呈现“低惯量,低阻尼”特性,而虚拟同步发电机(VSG)控制策略可以通过模拟同步发电机机械运动方程和电磁特性,使得分布式逆变电源具备同步发电机的惯性与阻尼特性来增强系统的稳定性,但是也会牺牲一定的动态调节性能。提出了一种基于自适应控制参数整定的虚拟同步发电机控制策略,通过建立的虚拟同步发电机小信号模型,分析转动惯量与阻尼系数对暂态过程中系统频率与输出功率的影响;通过同步发电机功角和频率振荡曲线分析自适应转动惯量和角速度变化率以及角速度偏移量、自适应阻尼系数和角速度偏移量之间的关联性,得到不同区间内转动惯量与阻尼系数的选定原则,基于此设计了自适应转动惯量与阻尼系数的计算式以及触发阈值,进一步,加入基于调频功率上下限的自适应下垂系数,提出了一种基于自适应控制参数整定的VSG控制策略;通过在Matlab/Simulink搭建的离网情况下VSG仿真模型中进行仿真与分析,验证了所提控制策略能减小频率的偏移量,提高系统的频率稳定性和动态调节能力。

基于自适应虚拟阻抗的逆变器并联控制策略

低压微网中,各并联逆变器之间的连接线路因长度、损耗等不同导致各逆变器并联线路阻抗存在明显差异,在常规下垂控制下,各并联逆变器间有功功率存在无法均分的问题。针对上述问题,提出了一种基于虚拟阻抗的自适应控制策略。首先,以逆变器功率传输特性与阻性下垂控制方程为基础,分析并联逆变器在线路呈阻性时有功功率分配不均的原因;其次,在传统定值虚拟阻抗基础上,通过引入并联逆变器的输出功率差构造虚拟阻抗,自适应地补偿线路阻抗差异,在不获取本地线路阻抗参数的情况下实现功率均分;最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上建立逆变器并联系统的仿真模型,进行验证和分析。结果表明,所提方法能有效实现逆变器间有功和无功功率的均匀分配,且适用于本地负载不同的情形。基于自适应虚拟阻抗的控制策略改善了并联逆变器间功率的均分水平,可为低压微网中并联逆变器功率控制的优化设计提供参考。

基于自适应虚拟阻抗和相位补偿的改进下垂控制

由于微网中线路阻抗呈非纯感性,且线路阻抗与分布式电源容量不匹配,导致有功功率和无功功率之间强耦合且功率不能按容量进行分配。文中在利用下垂控制时,在传统虚拟阻抗的基础上进行改进,提出了一种自适应虚拟阻抗控制策略,降低了功率之间的耦合关系,并可使无功功率按容量分配。但由于下垂控制的特性和虚拟阻抗的利用,导致了电压和频率的偏移,因此增加了电压补偿控制和改进的相位补偿控制,使输出电压、相位、频率均和参考值一致,最后通过小信号稳定性分析和仿真验证了文中所提控制策略的合理性和有效性。

风电机组的自同步电压源控制研究综述

电力系统正朝着高比例新能源和高比例电力电子装置的“双高”特征方向发展,电压源风电机组具备建立电压、自主快速支撑电网电压和频率的能力,有助于“双高”电力系统的安全稳定运行,为“双高”电力系统的构建提供了一种可能的电源侧解决方案。文章依照电压源控制方法发展的脉络,首先阐述了并网变换器的电压源控制方法,进而针对风电变流器的双变换器特征,总结了电压源控制在两种主流风电机组中的应用,包括稳态频率响应和电网故障下的限流控制及暂态电压支撑等,给出了风电机组自同步电压源技术的现状。最后,对电压源风电机组大规模应用面临的技术挑战进行了展望,指出了技术攻关的方向。

一种基于虚拟阻抗的微电网自适应下垂策略

为降低传统微电网下垂控制中无功环流对系统稳定性的影响,提出一种基于虚拟阻抗的微电网自适应下垂策略。对闭环传递函数特征根进行分析,选取合适的虚拟阻抗参数。针对虚拟阻抗中微分环节存在高次谐波干扰的问题,提出SOGI模块,实验验证其具有良好的滤波能力以及产生正交信号的特性。提出电压自适应补偿环节,以解决虚拟阻抗导致压降增大的问题,仿真验证其对不同负载产生压降具有补偿作用。针对由功率扰动引起的频率波动问题,提出频率自适应调节环节。将频率变化值与频率变化率划分为五种情况,对幅值调节参数进行自适应调整,使频率扰动减小1.4 Hz波动峰值,减小0.045 s恢复时间。通过多机并联实验,各机输出无功功率差值为39.096 var,150.258 var,均分效果良好。文章不仅研究了微网功率分配问题,还为虚拟阻抗的应用提供了新的解决思路。