分布式虚拟同步发电机改进低电压穿越控制技术

传统分布式虚拟同步发电机不具备低电压穿越能力,在分析电网短路故障时传统虚拟同步发电机的运行特性基础上,提出保留功率环的改进分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术。改进控制技术给出了电网短路故障时功率指令值的计算方法,同时在无功功率控制环中引入PI调节器,并在同步旋转坐标下对输出电流进行分序控制,实现不对称故障时输出电流的三相平衡,最后通过引入虚拟阻抗对瞬时故障电流进行抑制。改进后的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,保留功率控制环,不改变虚拟同步发电机机理,在故障发生和清除时,只需对功率指令值进行重新设定,无需切换控制策略,实现分布式虚拟同步发电机的低电压穿越。仿真及试验结果验证所提控制策略的正确性及有效性。     

基于三相四桥臂逆变器的虚拟同步发电机分序控制策略

分析了虚拟同步发电机的常规控制策略,指出了其隐含的正序阻抗、负序阻抗及零序电抗相等的约束条件,进而分析了在三相不对称环境中常规控制策略存在的问题。结合同步发电机的正负零序网络模型,提出了基于序网络模型的虚拟同步发电机控制策略,并设计了基于三相四桥臂逆变器的序网络模型实现方案,分析了多机并联时的虚拟阻抗设计原则。仿真验证了序网络模型实现方案的正确性,并验证了序网络模型在改善逆变器输出电压三相不平衡度方面的优势以及多机并联时的阻抗设计原则,证明了序网络模型在不对称负载运行方面的优势?     

负荷用直流变换器的虚拟直流发电机控制策略研究

直流配电在方便可再生能源接入的同时可以减少变流环节,提高用电效率,并且不会引起频率不稳定及无功功率不平衡等问题。直流变换器作为直流微网中的电能馈送的重要一环,其控制策略的优劣显得尤为突出。提出了一种负荷用直流变换器的虚拟直流发电机控制方法,该控制策略继承了旋转电机的惯性特性,当带载变化时,这种控制策略能够缓和恢复受扰动的负荷侧电压,且维持直流微网负荷端电压在其额定值。建立的DC/DC小信号模型证明了采用虚拟直流发电机控制的直流变换器在直流母线电压波动过程中的功率响应与其阻尼参数成反比,因此可根据母线电压变化趋势自动调节对母线功率的吸收,响应母线电压波动,支持母线电压恢复。仿真及实验结果验证了所提出控制策略的可行性和正确性。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络采用VSG控制实现正序调频调压和电流的自主分配,负序网络加入负序补偿环抑制微电网三相电压负序分量.详细分析了微电网电压负序分量与负序补偿系数和逆变器输出电流负序分量的关系.负序补偿环采用自适应控制,在实现微电网三相电压平衡的同时根据逆变器额定容量自主分配输出电流负序分量.建模仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

基于龙贝格观测器的微电网功率均分控制策略

针对离网并联逆变器的功率分配问题,以及负载不平衡条件下三相电压不平衡度过大,设计了微电网应对负载不平衡的控制策略。设计了三相电网电压的龙贝格观测器,并证明其稳定性。该观测器同样可用于三相电流的观测。采用分序虚拟阻抗,独立配置正序虚拟阻抗和负序虚拟阻抗,使逆变器输出功率均分,并减小负序网络下线路阻抗引起的不平衡电压。改进有功下垂方程,使母线电压保持在传统有功下垂方程给定电压值附近。在Matlab/Simulink仿真平台和搭建的逆变器并联系统中,验证该控制策略的有效性,仿真结果和实验分析表明:设计的观测器能够准确地获取电压和电流的正、负序分量;此处控制策略在功率均分的前提下,大幅降低了三相电压不平衡度,提高了电能质量。     

三相四桥臂虚拟同步发电机预同步、多环路控制及负载不平衡控制方法

设计了一种三相四桥臂虚拟同步发电机多环路控制策略,通过有功和无功的解耦控制使逆变器模拟同步发电机的一次调频、一次调压、惯性和励磁特性,并改进了控制方法,在功率环之后级联电压电流双环,改善微电网动态调节性能。针对平滑并网,利用一种预同步控制策略,使逆变器的频率相位和幅值追踪电网电压。同时,针对带不平衡负载时的电压不平衡、频率波动问题,提出了一种变频率自适应谐振控制方法。仿真与实验验证了所提控制方法的可行性。     

虚拟直流发电机励磁补偿控制策略

虚拟直流发电机(VDCG)功率协调控制策略将直流电机算法嵌入到DC/DC变换器控制回路中,使其模拟直流发电机运行特性,提升直流微网直流母线电压的动态稳定性。该控制通过功率分配环实现不同容量储能装置间的功率协调分配,但已有的VDCG功率协调控制策略均采用固定励磁磁通作为虚拟电机励磁系数,当再生能源输出功率发生波动或负载发生投切时,直流母线电压会产生稳态电压偏移。为消除母线电压偏移,在详细分析VDCG功率协调控制工作机理的基础上,提出虚拟直流发电机励磁补偿控制策略,通过实时补偿VDCG励磁,消除母线电压偏移,稳定直流母线电压。构建储能装置双机并联光储直流微网仿真及实验平台,分别在再生能源功率波动和负载投切情况下对传统固定励磁磁通功率协调VDCG控制及所提VDCG励磁补偿控制策略进行对比仿真及实验验证,证明所提控制策略的正确性。     

虚拟同步发电机的参数设计及在微电网中的应用研究

针对微电网逆变器及其控制展开研究,借鉴了同步发电机的运行特性、控制策略以及电力系统的电压、频率调节器控制结构,将逆变器改造为一台具有同步发电机特性的虚拟同步发电机。借鉴了同步发电机系统的调速器和励磁控制器的基本原理,设计了虚拟同步发电机的调速器和励磁控制器,利用根轨迹法详细分析了各个参数变化对系统稳定性的影响,对系统中的参数进行了整定。提出一种改进的无功-电压下垂控制策略,抵消了线路阻抗对无功均分的影响,有效地提高了负载端电压的稳定性;推导得到一种预同步技术方案,并且对预同步的参数进行了设计。     

基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略

针对低压微网中由于逆变器间的等效输出阻抗和输电线路阻抗的差异,使得采用传统虚拟同步发电机(VSG)控制的多逆变器并联功率均分及环流抑制效果较差问题,提出一种基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略。该策略首先在无功功率环中引入负载电压负反馈和积分环节,减小负载电压波动和实现无功功率与传输阻抗的解耦,提高无功功率分配精度。然后引入动态虚拟复阻抗,降低VSG输出电压跌落,改善电能质量。最后进行了预同步单元的设计,减小并联瞬间电流冲击,加快动态响应。改进后的虚拟同步发电机并联控制策略使输出电压能够稳定在正常范围内,实现了功率均分且具有环流抑制能力。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联特性研究

针对低压微网中采用传统下垂控制的并联逆变器功率均分效果差以及母线电压和频率偏移问题,分析了并联逆变器的环流和功率输出特性,提出一种基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联控制策略。该策略实现了逆变器等效输出阻抗的精确可控,且具有虚拟同步发电机的基本特性,逆变器等效电压源的频率和相位能够实现自同步功能,在不需要功率环的情况下间接实现了并联逆变器功率均分且具有环流抑制能力。通过设计电压二次调节控制,消除了微网母线电压和频率的偏移问题。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

不平衡电压下虚拟同步发电机功率控制策略

通过对电网电压不平衡下虚拟同步发电机输出功率的分析,提出了基于静止坐标系的功率控制策略,在不需要锁相环的情况下,利用负序电压控制分别对有功、无功功率振荡或三相电流不平衡进行抑制,既保证了虚拟同步发电机电压控制的电压源性质和惯性特性,又能够使分布式电源根据不同需求输出恒定的有功、无功功率或三相平衡电流。利用PSCAD/EMTDC软件仿真及基于RTDS的实时数字物理闭环实验,验证了所提控制策略的有效性,并对各控制策略的特性进行了量化分析。     

直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略

建立了Boost变换器带恒功率负载时控制系统的小信号模型,分析了影响母线电压稳定的相关因素,证明了增加直流母线电容有利于提高直流母线电压稳定性,针对该结论对Boost变换器提出一种虚拟电容电流前馈控制策略。小信号模型分析、仿真和实验结果均表明这种控制策略能有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统功率稳定输出范围。     

三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略

三相四桥臂逆变器较成熟的控制策略都需依赖数字信号处理器来实现,但数字化控制的精确性受较多因素制约,其控制效果在一些场合并不理想。本文在分析了三相四桥臂逆变器数学模型的基础上,研究了一种三相四桥臂逆变器的非数字化控制策略,各相桥臂采用了改进的电压电流双闭环控制,通过加入谐振控制器提高逆变器的稳态精度,通过补偿零序谐波提高逆变器的输出正弦度和直流母线电压利用率;第四桥臂采用零序谐波电压PWM控制,保证了逆变器具有较强的带不平衡负载能力。仿真和实验验证了该控制策略具有方法简单、易于模拟电路实现、逆变器输出波形质量高、带不平衡负载能力强、动静态性能良好等优点。     

基于参数自适应的直流微源虚拟发电机控制策略

针对分布式电源波动及负载功率突变引起直流微电网母线电压大幅波动的问题,传统虚拟直流电机控制通过模拟直流电机外特性,可抑制母线电压波动,但动态响应较差。对此,提出一种参数自适应的虚拟直流发电机控制策略。以Buck/Boost变换器作为研究对象,结合下垂控制将虚拟直流发电机应用于多变换器并联系统中。建立其小信号模型,分析关键控制参数变化对系统稳定性的影响,并给出惯性系数和阻尼系数自适应调节方程。最后,搭建仿真模型及StarSim HIL实验平台。结果表明所提控制策略在有效抑制直流母线电压波动的同时,使系统具有较快的动态响应速度。     

5MW储能虚拟同步发电机孤岛启动与同期控制技术

储能虚拟同步发电机既要实现并网和离网工况下的良好运行,又要实现同期并网的无缝切换。通过对传统逆变器多模块并联孤岛运行控制策略分析比较改进,提出一种基于虚拟同步机技术的孤岛并联启动控制策略。该孤岛并联启动控制策略引入同步发电机电气方程、下垂控制和虚拟阻抗分量,通过控制电压环输出电压调节量、系统反馈电压和虚拟阻抗分量计算出系统参考电流。同期控制通过对电网并网点两侧电网角度、幅值和频率的检测调节使并网时刻电压幅值、角度和频率满足误差范围要求,最终实现电压电流平滑过渡,孤岛到并网的无缝切换。最后,建立4机并联5 MW储能虚拟同步发电机并联仿真RTDS模型,利用RTDS仿真验证算法的有效性。     

基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器控制策略

为解决直流微电网惯性低、抗扰动能力差的问题,提出基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器电流控制策略。以三相半桥并网变换器为研究对象,根据不等式约束条件建立直流母线电压与电感电流线性控制关系,将母线电压变化率与原接网电感的稳态电流值相结合,作为电感电流的控制指令值。为降低扰动下母线电压跌落,利用能量与功率关系设计虚拟电容并将其引入母线电压控制环,实现在不增加实际电容的情况下提高直流微电网的抗扰动能力。同时,给出了加入虚拟电容后直流微电网的稳定性分析。仿真和实验验证了所提控制策略的可行性。     

直流配电系统接口换流器虚拟同步发电机自适应惯性控制策略

直流配电网具有低惯性弱阻尼特征,负荷投切、分布式能源出力波动等扰动,会对直流母线电压造成严重影响.类比交流系统中的虚拟同步发电机控制,文章提出了基于电压-电流下垂控制的直流虚拟同步发电机自适应惯性控制策略;建立了直流虚拟同步发电机小信号模型,推导出直流母线电压与直流侧输出电流之间的传递函数;根据直流母线电压暂态振荡特征,设计了自适应虚拟惯性系数策略.仿真结果表明,所提控制方法能够改善系统暂态响应,提高直流配电系统的稳定性.     

基于虚拟同步发电机的逆变器控制策略研究

当孤岛状态下的微电网输出功率发生变化时,微电网母线电压频率往往也会发生变化.导致微电网电能质量下降,对接入微电网的设备造成不良影响。在传统大电网中,同步发电机因具有较大惯性的特点在维持电网电压稳定上发挥了巨大的作用。通过对同步发电机工作原理的研究与分析,设计了模拟同步发电机的逆变器控制策略。这种基于虚拟同步发电机的逆变器控制策略能够模拟同步发电机的外特性。使逆变器输出电压具有较大的惯性,可以提高微电网母线电压频率的稳定性,并且可以实现逆变器输出功率的均分。最后在微电网实验平台上验证了这种控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的孤岛微网谐波抑制

在孤岛微网系统中,在传统控制策略下接入非线性负载时,系统会出现电压电流波形畸变,使电能质量降低.为此,提出一种新型综合控制策略.首先采用虚拟同步发电机(VSG)技术,其中虚拟励磁环节加入的端电压调节部分能够对系统引入虚拟阻抗和VSG固有的下垂特性造成的电压降进行补偿.然后通过采用三阶广义积分器交叉对消反馈网络提取逆变器输出的基波电流和相应次谐波电流,该方法既能实现滤波功能,又可达到带通效果.接着构造可变虚拟阻抗,完成谐波电压的补偿.最后在电压电流双环中的电压环采用多重谐振控制器抑制输出电压中的谐波.Matlab仿真和dSPACE实验验证了该方法的准确性.     

单/三相混合微电网中虚拟组合式三相变流器功率协调控制

针对单/三相混合微电网系统孤岛运行时单相电源和负载引起的三相电压不平衡问题,提出了虚拟组合式三相变流器及其功率协调控制。详细阐述了基于虚拟三相瞬时功率的下垂控制和虚拟阻抗控制,实现同相并联单元的功率分配。针对组合式三相变流器相间同步控制难点,提出了新型120°鉴相器和基于锁相环原理的相间同步控制,提高三相电压平衡度。在此基础上,给出了电压补偿控制,进一步改善供电质量。同相及相间功率协调控制无需附加任何同步芯片或通信线,原理简单,控制灵活,可靠性高。最后,仿真和实验结果表明所提控制策略可以实现动稳态工况下同相并联单元间功率按照设定比例分配以及不同相间相位和幅值的同步控制,100%不平衡负载下电压不平衡度为0.1%,供电质量较高。