控制延时对虚拟同步机全局稳定性的影响分析

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可使并网逆变器模拟传统同步发电机运行,应用前景广阔。VSG控制依托数字控制技术实现,存在数字控制固有的控制延时问题,制约系统的响应特性和控制精度,影响系统的稳定性。现有研究多局限于分析数字控制延时对控制系统局部稳定性的影响,鲜有文献涉及延时对系统全局稳定性的影响。研究了一种基于状态空间建模和灵敏度分析的逆变器延时稳定性分析方法。首先,建立基于VSG控制的逆变器全阶状态空间模型,包括数字控制延时、内部电压电流控制环、基于VSG控制的功率外环以及物理环节;然后,借助特征值和灵敏度分析,评估控制延时对系统全局稳定性的影响。在此基础上,给出使系统稳定的临界延时时间。仿真和实验结果验证了文中理论分析的正确性,文中所述方法可以为逆变系统参数设计提供理论参考依据。     

基于P/ω“导纳”的并联虚拟同步机功频响应建模与分析

针对现有P/ω"导纳"模型仅考虑了负载扰动和虚拟同步发电机(VSG)有功功率响应而未考虑VSG有功指令输入和角频率响应的情况,建立多VSG并联系统的拓展P/ω"导纳"模型。当各台VSG参数匹配时,其P/ω"导纳"成比例关系,进一步推导出两个关键性结论:在负载扰动情况下,各台VSG的有功功率响应直接进入稳态过程,而角频率动态响应特性与任一VSG在单机离网模式下的响应特性相同;在有功指令值输入情况下,各台VSG的有功功率动态响应特性与任一VSG在单机并网模式下的响应特性相同,角频率动态响应由任一VSG单机离网和并网模式下的响应特性共同决定。仿真实验结果与理论分析相吻合,表明该模型能够全面而精确地刻画并联VSG系统的功频响应特性。     

弱电网下基于谐波状态空间模型的光储-虚拟同步发电机稳定性分析与优化控制研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术因提供阻尼和惯量而被广泛用于新能源并网逆变器。光储并入弱电网易发生频率耦合等问题,因而VSG并网稳定性分析变得更加复杂。针对光储并入弱电网系统,考虑频率耦合,在dq域中建立基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)理论的多时间尺度虚拟同步发电机模型。采用归一化参数灵敏度分析法,揭示功率环、电压环和低通滤波中虚拟惯量J、虚拟阻尼Dp、下垂系数Ku、比例系数kpu和截止频率ωc等关键控制参数根轨迹的特性和电网强度对系统稳定性的影响。并通过调整优化控制参数,提高系统稳定性。最后在Matlab/Simulink仿真平台验证谐波状态空间模型精确度和关键参数根轨迹特性。     

虚拟同步发电机多机并联系统的频率小信号稳定性分析研究

不同于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)单机并网系统,VSG多机并联并网系统中各设备间有着更为复杂的相互作用关系,所以仅利用传统的分析方法很难准确地分析出系统的动态性能。为了分析VSG本体、VSG与VSG之间以及VSG与电网之间的频率特性,该文首先推导VSG多机并联并网系统的通用小信号模型。其次,结合系统特征根主导状态变量的参与因子运动轨迹,详细地分析线路连接阻抗、输出功率大小和有功控制环参数等因素对系统低频特征根的影响关系,以此得出系统参数对VSG本体、VSG与VSG之间以及VSG与电网之间的频率影响规律。最后,在不同工况下通过仿真验证该文所得系统频率稳定性影响规律的正确性。     

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法EI北大核心CSCD

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。     

3/3相双绕组发电机系统的并联运行稳定性

参数匹配不当的3／3相双绕组发电机系统并联运行时会发生低频振荡而不能正常工作。为了对系统稳定运行的条件进行研究，该文建立了系统的等效电路模型、线性化数学模型及相应的状态空间方程。在此基础上，证明了该类系统并联运行时存在交互振荡和负载振荡两种振荡模式，并从运行稳定性的机理出发，得出了相应的的运行稳定性判据。揭示了该类系统并联运行稳定性和单机运行稳定性之间的关系。实验与理论分析结果的对比说明了所建模型和分析方法的正确性。     

电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究

近年来,国内电网发生了多起超低频振荡事件,严重影响电网的安全稳定运行。相关研究表明,水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼是导致超低频振荡的主要原因。为进一步分析超低频振荡的影响因素,在建立单机带负荷系统模型的基础上,基于稳定域思想的综合分析表明水锤时间常数、水轮机调速器比例参数和积分参数会显著影响系统稳定性,进而引发超低频振荡。在此基础上,针对单机带负荷系统,提出了一种考虑水锤效应不确定性的调速器参数优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。最后,在单机带负荷系统中仿真验证了该调速器参数优化模型的有效性和鲁棒性。     

数据中心多供电单元并联系统低频导纳建模及稳定性分析

数据中心供电系统内部多供电单元(power supply unit, PSU)与配电网间交互作用,易造成数据中心供电系统发生低频振荡现象,而当前针对数据中心多PSU低频振荡研究尚缺乏有效的分析模型。提出一种针对数据中心多PSU的低频导纳建模与稳定性分析方法。首先,在单相PSU低频导纳模型基础上,通过等效聚合多PSU频率耦合影响,建立考虑频率耦合效应及直流侧电压影响的多PSU低频导纳模型,以提高阻抗模型的精度。然后,建立多PSU并联系统中单相PSU低频导纳模型,并基于奈奎斯特稳定判据详细地分析PSU数量、容量和电压环参数对系统稳定性的影响,得出各因素对系统稳定性影响规律。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性,为数据中心电力系统规划设计及稳定性运行提供可靠的分析模型。     

与SG具有一致响应的VSG小信号建模和分析

提出一种新型的虚拟同步发电机(VSG)设计方法,构建虚拟的励磁控制器、调速器和电磁暂态模拟单元。分别对机端电压的d、q分量引入PI控制器,以达到VSG与同步发电机(SG)具有一致响应的目的。建立VSG单机无穷大系统小信号模型,求取并分析系统特征根及其参与因子。分析惯性时间常数、励磁参数对VSG小信号稳定性的影响规律,发现其与SG相关理论吻合。同时分析PI控制参数、线路参数对系统小信号稳定性的影响。利用MATLAB/Simulink仿真验证了上述方法的正确性。     

基于SVG主动调控的弱电网下VSG并网系统稳定性提升方法

大规模新能源并入电网在实现电力系统环保、经济、可持续发展目标的同时，也改变了传统配电网的潮流模型、运行模式，产生了大量与设备有关的运行及稳定性问题。并且，由于新能源设备即插即用的特性，大量的设备集中在输配电系统的末端，导致电网相对强弱的降低，进一步加剧了新能源并网设备稳定运行的风险。现有的解决方法多通过对新能源并网设备自身的参数以及附加控制环节的调节来实现其并网稳定性的提升，但此类方法并未充分考虑到系统相对强弱对参数及控制的影响，且在实际工程中应用时具备较多不确定因素。基于此，提出利用新型配电网既有设备参与系统调控的思路，以弱电网背景下的静止无功发生器（static var generator,SVG）与虚拟同步机（virtual synchronous generator,VSG）并联系统为研究对象，探索SVG参与VSG并网系统稳定性提升的可行性。从弱电网下VSG并网系统失稳机理分析出发，研究SVG对弱电网VSG并网稳定性提升的作用机制，且为了更精准地实现弱网下的稳定性提升，提出适用于弱电网下VSG并网系统稳定系提升的SVG主动调控策略，并最后利用仿真与实验进行验证。     

基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略

大量新能源经电力电子装备接入电网改变了电力系统的阻尼特性,导致同步发电机低频振荡问题凸显,对系统安全稳定运行构成威胁。虚拟同步发电机作为一种新型的变流器控制技术,有必要对新能源基于该技术接入系统的阻尼特性进行深入分析。首先,建立虚拟同步发电机控制器的数学模型与同步发电机模型。其次,以新能源并入单机无穷大系统为研究对象,基于小信号分析法分析该策略与同步发电机的运行特性耦合机理。最后,提出一种新能源并网的附加阻尼控制策略,并基于电力系统极点配置法,设计附加阻尼控制器以改善系统阻尼特性并抑制系统低频振荡,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

多VSG功频环路间交互影响的定量分析

多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网系统不同控制环路间的交互影响不利于高渗透率新能源电网的安全稳定运行,将给VSG的输出角频率带来负面影响.针对该问题,基于机电比拟原理构建了多VSG并网系统功–频环路的机械导纳模型,推导了多VSG并网系统输出角频率的传递函数矩阵.进...     

适用于中低压配电网的VSG多机协同鲁棒运行控制方法

虚拟同步发电机(VSG)作为一种新型电网友好型运行控制方法,通常情况下大多以中低压、多节点分散接入配电网,其存在多类不确定因素以及多机协同运行控制问题,给配电网的安全稳定控制带来了一定的挑战。为此,提出了一种面向中低压配电网的VSG多机协同鲁棒运行控制方法,主要针对协同运行控制中的母线电压跟踪、多机功率均分以及中低压配电网中线路阻抗参数不确定造成的功率耦合不确定和系统设备出力不确定等问题进行了讨论。通过建立VSG并网模型,将不确定功率耦合转化为模型不确定问题进行设计;考虑到中低压配电网中可能存在的拓扑未知和模型阶数较高的问题,通过直接扩张母线电压状态和多机功率均分状态,建立多VSG并网协同控制模型;采用鲁棒控制理论设计整体系统的反馈控制器,抑制模型内部的功率不确定耦合和外部设备不确定出力对控制性能的影响。基于MATLAB/Simulink的仿真模型验证了所提方法的有效性。     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

多机电力系统小扰动稳定分析的解耦降阶法

提出了一种多机电力系统小扰动稳定分析的解耦降阶法。从n机系统状态方程出发推导出n个解耦单机系统的传递函数模型的解析形式;在各解耦单机系统全阶闭环传递函数的基础上,通过偶极子对消进一步得到各机组的降阶闭环传递函数;基于降阶闭环传递函数可对各机组从而对整个多机系统的小扰动稳定性进行有效的分析。算例证实了本方法的正确性。     

虚拟同步发电机对低频振荡的影响建模与特性分析

虚拟同步发电机(VSG)控制可模拟同步发电机(SG)的运行特性,帮助逆变电源克服惯量小、阻尼低的缺点,但VSG控制可能使逆变电源参与大电网机间或区域低频振荡。针对该问题,文中构建适用于电网低频振荡特性研究的VSG-SG互联系统小信号模型,并以此为基础,对比研究VSG和SG影响系统低频振荡模态的区别与联系,揭示VSG参与电网低频振荡的机理,辨析VSG各控制环节对低频振荡模态的影响力,分析不同类型VSG的低频振荡风险。最后,通过RT-LAB平台进行实验,验证了小信号模型分析的结果。     

基于小信号模型的VSG并联系统惯量特性分析

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术是解决以电力电子变流器为接口的新能源渗透率逐渐提高导致系统惯性与阻尼减小问题的有效方法。而其核心参数虚拟转动惯量一直缺少选取原则,特别是在多机并联以及出现的越来越多的变参数控制策略的情况下,参数选取不当极易造成系统震荡。以一个两机系统为例,搭建改进高阶小信号模型,对具有同步发电机特性逆变电源虚拟转动惯量J变化对系统的影响进行了详细分析,提出适用于自适应等灵活控制的J的选取原则,根据稳定阈值及系统运行要求对参数进行选取,可提高系统的稳定性能,并通过仿真和实验验证了分析结果的正确性。     

基于时滞依赖矩阵泛函的变时滞电力系统稳定性分析

针对大规模互联电力系统中的时滞现象对电力系统稳定运行产生的不可忽略的影响,文中研究区间变时滞影响下电力系统的稳定性问题。首先,充分考虑时滞变化率对电力系统稳定区域的影响,构造一种新的含时滞依赖矩阵的Lyapunov泛函。然后,在解析过程中采用新的积分不等式对时滞分割后的积分项进行处理,得到保守性较小且计算量较少的稳定性判据,扩大了电力系统的稳定运行区域。最后,通过对典型二阶时滞系统、单机无穷大系统、两区四机系统以及负荷频率控制系统进行仿真分析,验证了所提方法的优越性。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。