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。     

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.     

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.     

基于频率偏差的VSG变惯量阻尼协同控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,简称VSG)能提高电力系统稳定性.传统同步发电机机械参数固定，而VSG的转动惯量和阻尼系数可根据不同应用场景选择合适的值，因而改善系统稳定性.为了避免因引入与频率微分成正比的函数而产生的高频噪声，提出一种基于频率偏差的VSG变惯量阻尼协同控制策略.仿真分析结果表明：相对于固定参数控制策略、Bang-bang控制策略，该文控制策略当输入功率突变时，在调节时间少量增加的情况下能更有效地减小有功功率超调量，有更小频率偏差，能更好地抑制频率变化率.     

考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制

为解决高渗透率直流微电网带来的低惯性问题，利用储能单元充放电提供的惯性支持能力，提出一种考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制策略。首先，考虑荷电状态与电压波动约束，建立复合控制函数对下垂截距进行调节，使储能单元支撑功率均衡分配，又能跟随电压波动迅速动作，给系统提供惯性支持；其次，建立直流微电网小信号模型，给出变下垂截距定量约束，并论证了该约束内系统的稳定性；最后，利用MATLAB/Simulink仿真算例验证了该策略在储能单元充放电极限区域内的可行性，结果表明所提方法不仅能够增强系统惯性，还可实现储能单元的功率均衡。     

户用直流微电网的建模与虚拟惯性控制

针对户用直流微电网的低惯性特点,研究分布式电源并网电力电子接口设备的潜在惯性支持能力,提高直流微电网的暂态稳定性.首先,构建基于光储的直流微电网模型,根据微电网直流母线电压变化量及微源接口电路的虚拟惯性控制系数确定能提供的惯性功率;其次,结合配电网的动态潮流约束及直流母线电压变化量的不同,分析加入虚拟惯性控制后直流微电网的暂态稳定性,研究虚拟惯性控制策略及虚拟电容值的选取范围;最后,基于PSCAD平台搭建仿真模型,仿真结果验证了所提虚拟惯性控制策略的有效性,并提高了直流微电网的暂态稳定性.     

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。     

混合储能系统功率自主分频控制方法

针对分布式电源出力间歇性与负载多变性的问题,储能成为直流微电网电压支撑与改善电能质量的重要途径.为了充分利用混合储能系统的优势,实现功率的合理分配,提出了一种适用于混合储能系统的功率自主分频控制方法,该方法通过在各储能单元下垂控制环中引入虚拟阻感或虚拟电容,重塑各变换器的等效输出阻抗值,从而实现了超级电容和蓄电池的优势互补.在负荷突变时,超级电容能快速吸收系统功率波动的高频部分,提高系统的动态响应;蓄电池则主要用来平衡系统功率波动的低频部分,延长蓄电池的使用寿命,从而保证系统稳定可靠运行.仿真验证了所提方法的正确性.     

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.     

基于虚拟同步发电机控制策略的多端柔性直流系统自适应下垂控制

基于电压源型多端柔性直流输电系统采用dq双环控制,无法为系统提供惯性.提出了一种虚拟同步发电机技术的自适应下垂控制策略,该策略不需要站间通信,根据交流系统的频率变化情况,生成自适应下垂系数,分配多端柔性直流系统换流站的功率,使交流网络参与多端换流站不平衡功率的分配.该策略提升了交流网络的惯性水平,减小扰动发生时交流网络频率变化率,使功率分配更加合理.在PSCAD/EMTDC仿真平台进行所提策略的有效性验证,表明所提策略可以减小整个系统的频率变化情况.     

考虑源荷特性的双馈风电机组动态减载协同调频控制

为使双馈风电机组(doubly fed induction generator, DFIG)的有功输出能响应电网频率的变化,有效参与电网频率调节,提高风电系统的稳定性,文中分析了虚拟惯性控制、下垂控制以及减载控制的基本原理,探究了相关参数对风电并网系统频率特性的影响。在此基础上,提出一种考虑系统源荷特性的动态减载协同调频控制策略。该策略结合源荷扰动情况实现减载率修正,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证表明：当负荷波动时,该控制策略相较于固定减载调频使含风电系统在不同风速下的频率稳定性有了显著提高。     

柔性互联直流微网群一致性协调控制

通过隔离双向直流-直流(direct current-direct current, DC-DC)换流器互联多直流微电网,不仅能实现子微网间有效电气隔离及故障隔离,还可灵活控制互联功率。为提升基于隔离双向DC-DC换流器互联直流微电网集群系统稳定性和可靠性,提出一种一致性协调式控制策略,使得整个集群形成一有机整体。无论哪一直流微电网发生功率扰动,均可实现系统内所有平衡单元联动,为受扰微电网提供紧急功率支撑,改善受扰微网直流电压动态特性,减小受扰电网直流电压稳态偏差,且扰动功率由全系统平衡单元依据其等效功率分配系数比合理承担。此外,所提控制策略仅仅利用就地测量信息,无需子系统间相互通信,可靠性高。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于源-荷-储的直流微电网系统协调控制

针对孤岛下独立运行的直流微电网,为了更好的维持系统功率的供需平衡,快速平抑母线电压的波动。利用超级电容和蓄电池的互补特性设计混合储能系统,在下垂控制的基础上,通过增加二次补偿装置抑制负荷功率波动,从而实现直流微电网的精准控制,将系统划分成多个模式运行,通过利用所提的控制策略对各个模块进行联动控制,实现系统平滑的在多个运行模式下切换。完成直流微电网的源-荷-储协调优化控制。最后对其在MATLAB/Simulink上进行仿真实验,验证控制策略的有效性和可行性。     

无功动态补偿的光储微电网并网控制

针对由用户侧无功负荷变化导致的光储微电网并网点电能质量变差的问题,同时为降低系统复杂度,提出一种自然坐标系下无功动态补偿的光储微电网并网控制策略。该策略以蓄电池的荷电状态切换变流器的控制方法来维持直流母线电压的稳定。针对不同的工况条件设计了两种具有无功动态补偿功能的并网逆变器功率控制策略,实现并网点电压的稳定,同时,在自然坐标系下实现了并网逆变器有功、无功功率的独立控制,省去了坐标变换和电网相位检测。实验结果表明,所提出的控制策略可以实现光储微电网系统功率的平稳有效流动,达到无功补偿的目的,且具有较好的动态响应。     

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。     

光储微电网混合储能系统的控制策略及开关优化

传统光储微电网混合储能系统控制策略将蓄电池视为容量无限大的理想元件,而实际上蓄电池容量有限,当蓄电池剩余电量达到阈值无法正常工作时传统控制策略将不适用。在二阶低通滤波法的基础上提出一种光储微电网混合储能系统的新型控制策略,同时考虑超级电容与蓄电池的剩余电量,根据储能元件的荷电状态调整储能元件输出电流参考值,维持储能元件剩余电量,但在极端天气情况下,仍需与储能元件保护开关相配合。由于采用传统储能元件保护开关的储能系统需独立的充放电电路,存在成本较高、充放电不连续等问题,因此,对储能元件的保护开关进行了改进,利用开关与二极管并联使其具有4种工作状态,在储能元件剩余电量达到阈值时,可自动恢复电量,降低了成本,提高了并网输出电能质量。最后结合新型控制策略与改进的保护开关,提出整体的混合储能系统控制方案,并用 Matlab／Simulink 对其进行仿真验证,结果证明了所提方法的正确性与可行性。     

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.     

光储式电动汽车充电站直流微网运行控制策略研究

针对光储式电动汽车充电站直流微网运行中面临的光伏发电、电动汽车充电的随机性波动问题,提出了一种基于光伏电池最大功率跟踪、储能电池充放电及系统并网控制的运行策略,有效提高了系统运行的稳定性与鲁棒性.该控制策略采用扰动观察法对光伏最大功率点跟踪控制,以有效提高光伏发电的利用率.同时采用双向DC/DC变换器对电池充放电状态进行控制,并基于双向AC/DC变换器对直流微电网与大电网能量的双向流动进行控制.为验证该控制策略的有效性,建立微网模型进行仿真实验.结果 表明,该控制策略能够明显提高微网直流母线电压的稳定和光伏发电的利用率.     

基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制（FTESO+CSMC）策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.