大扰动下改进的VSG自适应参数控制策略

分布式新能源并网后,常通过用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,简称VSG)解决配电网的无惯性及无阻尼问题,但因VSG的非线性功角关系,大扰动发生时,VSG可能会失去平衡.为解决VSG的失衡问题,在大扰动下VSG转动惯量及阻尼系数自适应控制策略的基础上,加入控制变量K,提出大扰动下改进的VSG自适应参数控制策略.Matlab/Simulink环境下的仿真结果表明:相对于J,D定参数及J,D自适应参数控制策略,改进的VSG自适应参数控制策略减少了频率、功率的超调量,抑制了振荡,避免了VSG的失衡,提高了暂态稳定性.     

基于二次调频的孤岛微网自适应旋转惯量控制策略

传统的虚拟同步发电机(VSG)控制策略中引入同步发电机(SG)的旋转惯量和阻尼系数,解决了大规模分布式能源接入微网时缺少惯性的问题,然而固定的旋转惯量无法兼顾负荷扰动下功率振荡及频率波动.针对这一问题,提出一种基于二次调频的旋转惯量自适应控制策略,增强系统惯性,实现功率和频率的实时动态调节.首先,借鉴SG的外特性建立VSG的数学模型,分析孤岛模式下不同旋转惯量对系统动态响应的影响;然后,在旋转惯量控制中引入角频率偏移量和变化率形成自适应惯量控制,减少系统在负荷扰动时的超调量和振荡时间,并分析重要参数对系统稳定性的影响;最后,通过Matlab/Simulink仿真软件,将其与传统VSG控制策略进行对比分析,验证了所提新型VSG控制策略的可行性和优越性.     

基于虚拟阻抗和虚拟功率的VSG多机并联运行功率协调控制设计

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术是通过微网逆变器模拟传统同步发电机(synchronous generators, SG)的特性,使得分布式能源可以提供相应的惯性和阻尼特性,能够主动为大电网提供电压和频率支撑,提高了电力系统的稳定性.针对中低压微网输电线路呈阻感性,VSG多机并联会产生的功率分配不均的问题,提出了虚拟阻抗和虚拟功率结合的控制策略,能够使VSG多机并联在不满足阻抗匹配条件下精确地分配负荷功率.阐述了传统VSG模型,以便确保VSG具有SG的特性,然后搭建了不同容量的两台VSG并联运行模型,分析了VSG多机并联系统关键参数的匹配方法,最后通过Matlab/Simulink对单台VSG和两台并联VSG进行了仿真,验证了所提控制策略的有效性和可行性.     

基于下垂系数自适应调节的VSG控制策略

虚拟同步发电机技术(VSG)促使电路中无旋转元部件的分布式电源具有了同步发电机的有功频率及无功电压调节特性,但离网运行模式下,VSG的一次调频与一次调压本质上是一种下垂控制,属于有差调节,负载功率的改变,将导致其输出频率和相电压幅值偏离。针对此问题,通过分析VSG有功功率变化与频率变化之间的关系、无功功率变化与电压变化之间的关系及功率调节的动态特性,选取下垂系数作为优化对象,引入参数自适应调节的方法,提出一种下垂系数依据实际情况自行调整的改进型VSG。仿真结果表明,在离网运行模式下,改进后的控制策略与传统VSG相比,不仅能维持微电网功率平衡,而且实现了频率的无差调节和相电压幅值调节的小偏差。     

基于线性二次型最优调节器的虚拟同步发电机控制策略

针对虚拟同步发电机控制下,功率调度指令突变时引起的系统频率波动以及频率偏移量较大的问题,提出了一种基于线性二次型最优调节器的VSG控制策略;通过分析输出频率动态响应特性,建立以角频率偏移量和功角偏移量为状态向量,输入有功功率偏差为控制向量的状态方程,求解系统最优控制规律,进行线性二次型最优调节器的设计;在Matlab/Simulink中搭建模型仿真,仿真结果表明:在负载扰动或有功阶跃工况下,基于线性二次型最优调节器的VSG控制策略,能够有效减小频率超调和暂态响应时间,改善频率动态响应特性;离网模式下系统暂态稳定性良好,即经过大幅扰动后频率可恢复至额定值,提高系统的运行稳定性。     

半波长交流输电点对网的并网特性分析和功率振荡阻尼

为研究半波长交流输电的点对网并网特性,通过PSCAD (power system computer-aided design)仿真,分析了并网点两侧电压存在幅值偏差、相角偏差或频率偏差时的并网特性。等值系统能将半波长线路另一端的发电机拉入同步,但并网后的功率振荡持续时间相对较长。通常,串联调谐器要比并联调谐器更适合于阻尼这些功率振荡,因此,仅对串联调谐器的控制策略进行修改。PSCAD仿真结果表明串联调谐器能有效地阻尼这些功率振荡,显著改善半波长交流输电线路的并网性能。     

孤岛微电网VSG功率均分综述

随着风能、太阳能等可再生能源组成的分布式发电单元的广泛应用,由各种分布式发电单元组成的微电网将成为未来的发展方向.微电网孤岛运行时,各种发电单元按比例实现功率均分是孤岛微电网基本功能之一.然而由于输出阻抗的差异会导致各个分布式发电单元功率均分效果不佳,同时采用传统下垂控制实现发电单元并联运行会时会使得输出电压和频率出现偏差,从而影响系统稳定性,为此实现各个发电单元的功率均分维持输出频率和电压的稳定成为了当前的研究热点.基于非通信的虚拟同步发电机(Virtual Syn-chronous Generator,VSG)控制方法通过模拟同步发电机(Synchronous Generator,SG)的外部特性,具有较大的惯性和即插即用的特点,在逆变器并联中得到广泛应用.对多种VSG功率均分的控制策略进行了总结,详细分析了各自的优缺点,并对其未来的发展做出了展望.     

基于改进下垂理论的虚拟同步发电机控制策略

随着风能、太阳能等分布式能源发电技术的迅猛发展,如何保证分布式能源安全友好地接入电网受到广泛关注.传统的下垂控制可以模拟同步发电机(SG)的静态特性,但不具备同步发电机的转子惯性和阻尼特征,导致系统的抗扰动能力较差.虚拟同步发电机(VSG)控制通过引入SG的特性算法,使其更好模拟同步发电机的运行特性,从而改善系统稳定性.本文搭建了下垂控制和VSG控制的仿真模型,通过对比两种控制方法的仿真结果,表明VSG控制较下垂控制更适用于分布式能源并网.     

基于VSG的附加阻尼控制及其在光储并网系统中的应用

大规模光伏就近接入系统后,将导致系统的惯性整体下降,在系统遭受扰动后降低其稳定裕度,极端情况下出现功率振荡。将基于虚拟同步的附加阻尼控制策略应用于光储并网系统中。首先,建立光储并网的小信号模型,分析系统的阻尼特性;其次,在光储逆变侧采用基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)的附加阻尼控制,并通过小信号模型分析了附加阻尼控制对系统频率振荡的影响;再次,在PSCAD/EMTDC环境中建立光储并网系统仿真模型,与传统控制策略进行对比,结果验证了所提附加阻尼控制的有效性和正确性。     

分布式可再生能源并网逆变器控制策略研究

为满足分布式可再生能源并网要求,提出一种模拟同步发电机特性的并网逆变器控制策略.引入惯性与阻尼特性,建立了并网逆变器控制策略的数学模型.采用近似同步发电机励磁无功调节、有功频率下垂特性调节,实现并网逆变器在孤岛运行时维持电网电压、频率稳定,在并网运行时实时跟踪有功、无功指令,提高系统的稳定性.仿真结果证明了所提出控制策略的可行性.     

基于虚拟同步发电机的孤岛微网主从控制下的稳压稳频

对于主从结构的独立微网系统,其稳压稳频的有效控制是系统稳定运行的有效保障。文中针对传统下垂控制存在频率和电压偏差较大的问题,将虚拟同步发电机控制策略引入到主逆变器控制中,使其具有与同步发电机相类似的外部特性,即具有虚拟惯性和阻尼特性,通过虚拟励磁控制中的端电压调节环节来缓解电压—无功下垂特性所引起的电压降。主逆变器采用电压电流双环控制,从逆变器则采用恒功率控制。在主逆变器电流环中加入电流补偿量对有功和无功进行解耦,并建立解耦下的虚拟同步发电机控制小信号模型,再根据根轨迹分析控制参数对主控单元动态性能和稳定性的影响。仿真和实验结果表明,相对于传统下垂控制,在孤岛微网主从控制下虚拟同步发电机控制能更好地稳压稳频。     

静止同步补偿器抑制电网功率振荡的机理研究

为了揭示静止同步补偿器抑制电网功率振荡的机理,基于电气转矩分析法通过建立含静止同步补偿器的单机无穷大电网的机电尺度数学模型,分析了静止同步补偿器在电网功率振荡抑制模式下影响同步发电机动态特性的物理机制,解释了不同控制策略影响电网等效惯性系数、同步系数与阻尼系数的原理。研究结果表明:反馈同步机功角时,P、D控制器分别等效地改变系统的等效同步系数和等效阻尼系数;反馈发电机转速时,P、I、D控制器则分别等效地改变系统的等效阻尼系数、同步系数、惯性系数;上述动态参数均随P、I、D控制器控制系数的增大而增加。为了充分发挥静止同步补偿器对电网功率振荡的抑制作用,进一步分析了影响振荡抑制性能的关键因素及其作用规律,可为静止同步补偿器控制策略的分析和设计提供理论基础。仿真结果验证了静止同步补偿器抑制电网功率振荡机理分析结论的正确性。     

结合频率预测的虚拟同步发电机自适应参数控制策略

在基于虚拟同步发电机的逆变器控制模块中加入频率预测环节,得到系统受扰动后频率的最低值或最高值。基于预测的频率最值,在满足储能释放最大容量不变和逆变器输出功率不超过额定容量的前提下,利用逆变器参数能够实时调节的优势,增大虚拟转动惯量和阻尼系数的整定区间。结合更灵活的参数取值方法,提出转动惯量和阻尼系数协调控制策略,从而改善受扰动后系统频率和输出功率的恢复效果。根据二阶系统响应指标要求,给出参数整定方法。最后,利用Matlab/Simulink仿真,在孤岛和并网模式下验证所提控制策略的有效性。     

海上风电场直流并网系统小扰动稳定分析

利用静止同步补偿器提高系统的振荡阻尼,详细推导静止同步补偿器的数学模型,并在双闭环控制环节的基础上提出一种改进的提高系统振荡阻尼的方法,将同步发电机的转速差信号引入到静止同步补偿器的控制系统中,使静止同步补偿器输出与系统振荡相关的阻尼功率,减小系统在发生故障时功率振荡的幅度和时间.基于DIg SILENT建立双馈感应风力发电机、电压源变流器(VSC)、标准三机9节点系统的仿真模型.通过特征值分析法和时域仿真法对系统进行验证,均有效验证了改进方法能够提高系统的阻尼,增强系统在发生扰动时稳定性.     

运用下垂控制的并网储能系统惯量阻尼特性分析

为了揭示并网型储能系统的惯量与阻尼特性,缓解分布式能源接入导致的电网稳定性降低的问题。本文通过构建并网型储能系统的直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型分析了影响并网储能系统惯性效应、阻尼水平以及同步能力的内在机制、主要参数及其影响规律。同时,下垂控制模式的并网储能系统从物理本质上对应了原动机的下垂控制特征。研究结果表明:DC/DC变换器使用频率下垂控制策略、并网逆变器使用电压电流双闭环控制策略,则通过调节频率控制环和恒压控制环的PI参数即可等效改变储能系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。本文的研究结论不但可以用于设计有效的并网储能系统控制策略,而且可以辅助提升分布式发电系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。     

采用电力系统镇定器提高系统稳定性的研究

本文用模型实验证明，在励磁调节系统中，采用电力系统镇定器（Ｐｏｗｅｒ ＳｙｓｔｅｍＳｔａｂｉｌｉｅｒ）能增加机组的阻尼转矩，抑制发电机产生的自发振荡，因而有效地提高了系统的稳定性。文中提供了电功率、过剩功率及频率作讯号的镇定器对提高系统稳定性的实际效果，并用短路、原动机功率突变、线路参数突变、甩负荷等运行方式进行了实验校验，说明采用频率为讯号的镇定器，性能良好，也便于实现，文中也给出了镇定器的结构及参数。有关厂家，将根据实验结果，生产镇定器的工业产品，这就为改善我国电力系统中存在的稳定性问题，提供了一项有效而便于实现的措施。     

基于虚拟同步机电力电子变压器直流电压平衡控制策略

基于瞬态电流正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制策略是级联型电力电子变压器(power electronic transformer,PET)网侧整流级交流-直流(alternating current-direct current,AC-DC)变换环节的一种典型控制策略,该策略最大的优点是减少了大量控制环节,引入交流网侧相位角,可以实现无相位差整流.基于此提出一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术电力电子变压器网侧级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)直流电压平衡控制策略,在传统平衡算法上引入虚拟同步机原理,同时采用载波移相调制(carrier phase shifting SPWM,CPS-SPWM)算法降低网侧电流谐波含量.在整流侧注入转动惯量和阻尼系统,使得级联模块获得同步机特性从而具有惯性,并且阻尼功率振荡,获得更好的动态性能.通过调节整流级各单元调制波以实现整流侧直流电容电压平衡,最后通过MATLAB仿真平台验证了所提控制策略的有效性.     

改进bang bang控制的微网VSG自适应虚拟惯量控制策略

研究并网逆变器虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)控制策略在有新能源接入的电力系统中的频率稳定性问题.利用虚拟惯量的可变性,减少频率超调量并加快频率响应速度,提出一种基于改进bang-bang控制的微网VSG自适应虚拟惯量控制策略.首先,在bang-bang控制的基础上,设定一个频率稳态区间与稳态惯量.然后,通过建立微网孤岛运行模式下的VSG小信号模型,对虚拟惯量进行稳定性分析,确定虚拟惯量的取值范围及稳态惯量.最后,用Matlab/Simulink进行仿真实验,对比多种虚拟惯量控制策略,验证了所提策略的有效性.     

基于VSG的储能逆变器控制策略及无缝切换技术

为应对储能逆变器在并离网切换时产生的电压波动和冲击电流,基于微网孤岛和并网运行模式的特点,提出虚拟同步发电机控制策略。通过对微网无缝切换关键技术分析,提出基于频率扰动的微网预同步控制。为实现控制策略的无缝切换,利用VSG控制和PQ控制共用电流内环,实现外环参考电流平滑过渡,确保控制策略切换时刻和PCC开关动作时刻的同步性,保证了VSG在两种运行模式之间平滑切换,有利于微网的稳定运行。在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建模型,验证所提控制策略和切换方法的有效性和可行性。     

双馈风机的虚拟同步发电机控制技术研究

随着风电渗透率的逐渐提高,导致电力系统的转动惯量变小.通过虚拟同步发电机技术(Virtual synchronous generator-VSG)模拟传统同步发电机的外特性,对风电场进行惯量补偿.采用虚拟同步机控制策略的储能系统与风电场并联输出的接口特性模拟同步发电机的外特性,分析了在风速变化下协助风电场实现虚拟惯量控制,减小系统频率振荡的幅值,以及在负荷扰动时用于增大系统惯量实现频率调整的作用,最后讨论了虚拟同步机参数对系统稳定性的影响.通过Simulink建立了由风电场、储能系统和大电网组成的风储并网发电系统模型,仿真结果验证了建立的虚拟同步型双馈风机的适用性.