提高光储柴独立微网频率稳定性的虚拟同步发电机控制策略

针对由间歇性可再生能源、柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统构成的独立微网,提出一种提高系统频率稳定性的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型并分析其输出电压与频率的阶跃特性;其次,在理论分析VSG控制与微网频率稳定性关系的基础上,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调压特性引入储能变换器(ESC)的控制中,使ESC具有虚拟惯性与阻尼;然后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对比针对ESC采用传统电流控制、下垂控制及VSG控制时负载阶跃条件下的系统频率响应特性;最后,建立一套包含2台VSG及1台DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略

针对直流微网惯性低,母线电压易受功率波动影响的问题,文中提出了一种直流微网类虚拟同步发电机控制策略并将其应用到双向DC-DC变换器中,提高了直流微网的惯性,抑制了直流母线的电压波动。首先,通过类比交流微网中的虚拟同步发电机控制,得到了适用于直流微网中的类虚拟同步发电机控制。其次,通过建立小信号模型,对所提控制策略进行了理论分析,并针对电压动态变化过程中初始阶段的大扰动,采用前馈补偿进行了修正。然后,分析了加入虚拟惯性后控制参数对稳定性的影响。最后,通过MATLAB/Simulink仿真分析验证了所提理论分析和控制策略的有效性。     

基于微分补偿环节虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略

针对常规基于一阶环节虚拟惯性的虚拟同步发电机(VSG)并网运行时输出功率控制动、稳态特性存在矛盾的问题,提出了基于微分补偿环节虚拟惯性的VSG控制策略,该控制策略在常规VSG控制结构前向通道加入微分补偿环节,从而在保证输出功率稳态控制精度的同时,加快了动态功率响应速度,增加了系统阻尼,有效减小了储能单元动态过程的功率冲击。仿真和实验验证了所提方案的有效性。     

基于虚拟同步发电机的多能互补孤立型微网运行控制策略

以西藏措勤县多能互补孤立型微网示范工程为实例,首先,介绍了风力发电、光伏发电、柴油发电、蓄电池储能和水电的规模及组成。其次,重点分析了水电机组运行特性及基于虚拟同步发电机(VSG)控制的储能用电压源型逆变器运行特性,并对VSG同期并列装置及零起升压时间进行了优化设计,使其适应系统不同运行模式的要求。然后,详细给出了多微网系统的供电方式及其操作流程。最后,通过实际工程的运行考核,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

虚拟同步发电机电流模型预测控制策略

虚拟同步发电机因能为电网提供电力电子装置渗透率提高所降低的惯性和阻尼而得到广泛关注。虚拟同步发电机采用PWM控制输送电网电流,但需要PWM波调制和PI控制。基于此,提出了虚拟同步发电机电流模型预测控制策略,以无需PWM波调制和PI控制的模型预测控制来弥补PI调制参数复杂、调制困难的缺陷,同时提高灵活度,增强鲁棒性。采样变换器的输出电流经虚拟同步发电机和电流预测模型分别生成参考电流、预测电流,根据代价函数,选取8种开关矢量中误差最小的一组作用于变换器,形成电流闭环控制。所提控制策略结构简单,灵活易操作,能在为电网提供惯性和阻尼的同时,还提供有功和无功功率支撑。仿真和实验验证了所提策略的有效性。     

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.     

基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换控制策略

对于采用对等控制策略的微网系统,如何实现孤岛/并网运行模式间的无缝切换是一项亟待克服的技术难点。文中首先介绍微网系统的基本结构与工作模式,针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出一种满足微网孤岛/并网切换的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。其次,为了适应微网的并网运行特性,提出一种基于控制器状态跟随的并行切换方法,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ/VSG控制模式间的无缝切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,共同验证了所提控制策略和并行切换方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机的模型预测电流控制

虚拟同步发电机技术(VSG)因可使逆变器具备同步发电机的特性,得到了广泛的研究和应用。针对虚拟同步发电机使用电压电流串级控制以及脉宽调制(PWM)控制底层的逆变器时,存在控制结构复杂和动态响应能力弱等问题,本文提出了一种基于虚拟同步发电机的模型预测电流控制策略(VSG-MPCC)。该控制策略首先获得虚拟同步发电机的输出电流,将其作为模型预测控制的参考值。其次根据系统的模型对之后的电流值进行预测,最后应用价值函数选择使两者误差最小的电压矢量组合作用于逆变器。所提控制策略省去了传统的电压电流串级控制和PWM调制环节,简化了控制结构并提升动态响应能力,提供了更好的功率和频率支撑。通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了该控制策略的有效性。     

基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制

分布式电源大多通过电力电子接口并入电网,大量分布式电源并入电网给传统电网的频率稳定带来严峻的挑战。虚拟同步发电机因具有传统同步发电机自主调频的功能受到广泛关注。分析了虚拟同步发电机的一次和二次调频过程,针对孤岛运行负荷变化时,传统调节方式的有差性以及二次调频控制参数选取困难、调节速度和精度不理想的问题,提出了基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制方法,根据调速器控制方程及功频曲线调整了调速器结构,自动调整虚拟同步发电机调频系数,可快速地实现频率无差控制。MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制研究

研究了一种基于虚拟同步发电机算法的微网逆变器控制策略,并分别设计了虚拟同步发电机算法、虚拟原动机调节及虚拟励磁电流调节模块,通过电压电流双环控制,使逆变器输出的电压幅值及频率分别与无功功率及有功功率呈现良好的下垂特性、且能够较快的跟踪负荷的变化,从而提高了系统的稳定性和可靠性。此外文章对虚拟原动机调节模块进行了改进,能够实现频率的实时无差控制,提高了频率控制的精度和响应速度。仿真结果表明,逆变器输出电压较好的模拟了同步发电机的外特性,且相电压的畸变率仅为0.2%,同时输出频率不随负荷的变化发生偏移,可稳定在49.98Hz,验证了文章理论分析的正确性和可行性。     

微电网孤岛模式下虚拟同步发电机的频率控制研究

在微电网孤岛运行方式下采用传统虚拟同步发电机的控制方式,仅具有一次调频的功能;利用虚拟同步发电机控制参数灵活的特点,提出了一种改变下垂控制系数的二次调频策略,该策略利用频率和负荷变化量即可整定出新的下垂控制系数;虚拟同步发电机可根据负荷变化过程中频率是否超过其限定值,在一次调频控制和二次调频控制间灵活的切换,实现了微电网支撑频率的目的,提高了微电网抵御负荷变化的能力。最后通过MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建了微电网的孤岛运行模型,验证了微电网孤岛模式下频率控制策略的正确性和有效性。     

适用于孤岛微电网的电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制与频率恢复控制

孤岛微电网惯性水平低,频率稳定问题显著。基于此,提出了适用于孤岛微电网电压型虚拟同步发电机(voltage-controlled virtual synchronous generators,VSGs)的自适应惯性与频率恢复控制方法,用于孤岛微电网频率稳定性提升。在自适应惯性控制方面,利用转速偏差及其变化率刻画频率动态过程,分别构建其与虚拟惯性的关系;利用双曲正弦函数放大虚拟惯性对转速偏差及其变化率的灵敏度,提高控制的敏感性;引入sigmoid函数,限制虚拟惯性调节范围,抑制控制过程中VSG输出功率的振荡。在频率恢复控制方面,从有功功率供需平衡的角度出发,将频率恢复问题转化为全网有功再平衡问题;利用各台VSG的频率偏差及其变化率估计全网有功再平衡量,并按容量分配每台VSG承担的全网有功再平衡量,实现功率均分。通过不同情境对所提方法进行仿真测试,结果验证了其有效性。     

孤岛微电网中的虚拟同步发电机并联控制策略

针对微网中的虚拟同步发电机(VSG)技术,首先提出了适用于孤岛微电网的VSG控制策略,并对其进行了详细的分析和介绍;其次,针对不同容量VSG并联,考虑并联系统投切负载时系统动态特性,提出了一种基于惯性时间常数匹配和阻抗匹配的参数设计方法,使得VSG并联系统在投切负载过程中有功和无功功率具有良好的动态特性;最后,Matl...     

基于自适应下垂特性的虚拟同步发电机控制策略

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的光储单元可用于组建独立微网,并为微网稳定运行提供有力支撑。但由于分布式电源输出存在波动性和间歇性的问题,在长期运行过程中,功率供需不平衡将会导致储能设备的荷电状态超过安全运行范围。针对该问题,将根据荷电状态调整下垂系数的方法拓展到VSG控制之中。通过分析发现,改变下垂系数难以有效实现控制目标,且可能造成系统失稳。通过引入自适应下垂特性的概念,使用平移下垂特性的方法对VSG控制做了进一步改进,改进后的VSG控制减少了对系统稳定性的影响,更有利于实现有功功率的合理分配与荷电状态的快速调整。通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型,对相关分析和所提策略进行了系统仿真和方法验证。     

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源（称为虚拟同步发电机）。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。     

基于新型模糊自适应惯量VSG的微网频率波动抑制

传统的恒输出校正因子模糊自适应惯量控制器的计算结果变化平缓,会导致在频率偏差接近许可值时无法提供足够的惯量以阻止频率进一步偏离.为解决该问题,提出了一种改进型模糊自适应惯量虚拟同步发电机(VSG)技术抑制微网频率波动.其创新性体现在提出了频率偏差界限的概念,并将其融入至模糊控制器设计过程中,实现了当微网频率偏差小于偏差...     

光储柴独立微电网中的虚拟同步发电机控制策略

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统组成的独立微网,提出一种适合微网在孤岛模式下稳定运行的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型,并分析其输出电压和转速的阶跃响应特性;其次,在充分考虑DGS和VSG不同控制特性的基础上,提出一种适应独立微网分层协调控制的改进型VSG策略;然后,在基本VSG控制器中增加虚拟阻抗环节,灵活实现对微网谐波的抑制;最后,建立一套包含2台100 k V·A VSG及1台440 k W DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。