电压暂降时并网逆变器电流的VSG抑制技术研究

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制技术能提升分布式电源对电网友好性。然而,电网电压暂降时,传统VSG控制会导致逆变器输出的电流过大,为此提出了一种VSG电流抑制控制方法。文章对电网电压暂降情况的检测进行分析与改进;在此基础上,利用VSG生成的指令电压进行参考电流计算,使VSG在各种电压暂降的情况下能实现对逆变器输出电流的幅值抑制。该方法结构简单,能实现不同故障情况下的电流控制。仿真结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。     

电压跌落下虚拟同步发电机故障穿越控制

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)传统平衡电流控制在电压发生跌落时无法实现穿越问题,提出一种满足VSG平衡电流控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through, LVRT)控制策略。分析了VSG传统平衡电流控制基本原理以及在电压跌落时无法实现穿越的原因。在此基础上,提出一种限功率给定的控制方案。按照传统LVRT电流指令计算出功率给定值,在维持VSG机械惯性属性不变的前提下,通过减小无功环惯性系数和维持有功功率差额以改善系统对称故障时无功输出速率和有功调节时间,引入相位调节控制消除了故障解除瞬间系统功率失稳问题。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可实现分布式电源友好并网。然而,传统的VSG控制不具备低电压穿越能力,在电网电压暂降时难以提供无功支撑,且容易发生输出电流幅值越限。为此,提出一种基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法。首先结合传统低电压穿越控制的数学模型,分析了其与VSG平衡电流控制之间的关联以及两者在切换时存在的问题;在此基础上,设计了VSG低电压穿越控制的整体方案,利用VSG平衡电流控制无差跟随的特点实现了控制模式的平滑切换,使得VSG在电压跌落过程中,其控制信号可很好地跟随电流指令参考值。该方法能够避免故障恢复时由于控制模式突变造成的暂态电流冲击,实现VSG在不同工况下的低电压穿越。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究

电网发生故障时,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的运行稳定性受到影响,且无法抑制短路过电流,影响其对电网的支撑能力。保证在电网故障下VSG能够继续为微电网提供电压频率支撑是提高电网稳定性的重要方法。针对该问题,该文充分利用VSG灵活可控的优势,提出一种基于暂态功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法。所提方法能够抑制故障期间VSG输出电压与电网电压之间的相位偏移,在保证VSG在故障期间的暂态功角稳定性的同时可以兼顾对短路电流的控制,有效防止VSG短路过电流。通过分析,给出暂态控制策略原理与具体控制流程。仿真与实验结果证明所提VSG暂态控制策略的正确性和有效性。     

基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略

在电网电压不平衡条件下基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的逆变器输出三相电流不平衡并且电流幅值过大。针对此问题,提出一种基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略。利用VSG电流内环的控制框图推导出前馈控制器的传递函数,再将电网电压经前馈控制器前馈至电流内环,减轻故障电压对电流波形的干扰,降低电流畸变率。将瞬时有功、无功功率的平均值反馈到VSG算法得到抑制负序电流的电压参考指令,在电网电压故障期间使并网电流依然保持三相平衡而且幅值稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真证明了所提控制策略的有效性。     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于功角动态补偿的VSG故障穿越方法研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在电网受到大干扰时会出现和传统发电机一样的暂态功角失稳的问题,无法抑制短路过电流,威胁VSG的稳定运行。为此,提出一种在故障期间导入功角动态补偿的VSG故障电流控制策略。首先分析了短路故障工况下VSG控制存在的功角增大和过电流的原因,在借鉴传统同步发电机暂态功角曲线判稳的基础上,利用VSG控制结构和参数灵活可变的优势,在有功环中导入功角动态补偿控制,并且整定了自适应的功角控制系数;另外根据功角重新整定故障期间无功环中的电压指令值,解决了传统电压环采用积分控制时的无功功率越限的问题。所提方法不仅可以抑制故障过程中不平衡转矩造成的功角持续增大以及短路过电流,而且改善了VSG的频率输出特性。从而实现VSG在电网短路故障下的安全稳定运行。     

基于全通滤波器的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

传统的虚拟同步发电机(VSG)不具备低电压穿越能力,在电网电压跌落时难以保持其同步性,造成电流越限及设备脱网,为此提出一种基于全通滤波器(APF)的VSG低电压穿越控制方法。结合APF的工作原理提出在电网电压故障时如何获取准确的频率、相位信息。在此基础上设计了VSG低电压穿越的具体方法,利用阻尼转矩保证转子运动的稳定性,同时增加电网电压偏差反馈防止有功功率指令的突变及释放无功电流,使得VSG在电压跌落时保持了同步性且保证了输出电流的平稳过渡,实现了VSG在不同故障下的低电压穿越。     

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。     

电网对称短路故障时虚拟同步机电流解析计算及影响因素分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术能够显著改善新能源电力系统“低惯量”、“弱阻尼”等问题。目前VSG相关研究主要集中在惯量支撑、稳定性分析等方面，对于电网短路故障时VSG输出电流特性的研究相对匮乏，亟需开展相关研究工作。该文针对电网发生三相短路场景，在考虑电流控制内环响应时间的基础上，基于无功–电压电路方程与无功–电压控制方程，构建了有关VSG虚拟内电势的微分方程并进行求解；通过虚拟阻抗方程中电流与虚拟内电势的函数关系，进一步得到了VSG的短路电流解析表达式。在此基础上，该文明确了不同短路故障电压条件、不同控制参数对VSG故障特性的影响。最后，利用MATLAB/Simulink仿真验证了该文推导所得短路电流解析表达式及相关影响因素分析的正确性。     

虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制

电网电压跌落容易使可再生能源机组并网逆变器产生功角失稳与过电流现象,对系统安全稳定运行产生不利影响。对传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generators, VSG)控制策略进行改进,提出了一种虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制策略。首先,利用等面积定则分析了电网电压跌落和恢复后VSG功角变化机理。其次,详细阐述了虚拟阻抗的无功干预机制与限流原理。然后,提出在电网电压跌落期间对传统VSG功率控制环节实施悬停控制以利于实现功角稳定,并对电压跌落与恢复的不同阶段限制过流所需虚拟阻抗值提出了明确计算方法。最后,利用RT-LAB实时仿真实验平台搭建了10 kW可再生能源并网机组,对不同电压跌落程度下的低电压穿越控制效果进行分析,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

电网频率偏差下虚拟同步发电机改进控制研究

虚拟同步发电机(VSG)由于模拟了同步发电机(SG)的调频调压特性和惯性阻尼作用而得到广泛关注。传统的VSG特性分析一般针对电网频率为额定频率的情况,当电网频率不等于额定频率时,仍然采用传统VSG控制将会使VSG动态特性发生变化以及输出有功功率稳态值出现偏差,现有文献对电网频率偏差下的VSG动态特性缺乏分析且现有方案不能完全解决有功功率偏差问题。文章首先分析了电网频率偏差对VSG有功功率和频率特性造成的影响,进而提出一种改进有功频率控制策略,并对改进控制策略进行分析。最后通过matlab/simulink仿真验证所提控制策略在改善动态特性和消除稳态偏差方面的有效性。     

基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制

虚拟同步发电机(VSG)能够实现新能源机组友好并网。然而,传统的VSG技术主要适用于电网电压平衡工况,这使得VSG在电压不平衡情况下面临输出电流不平衡及过流等问题,为此提出一种基于动态电压补偿的VSG平衡电流控制架构及方法。通过负序电流抑制和峰值电流抑制策略,分别生成对应的补偿电压,使得VSG在电压不平衡时仍能输出平衡电流,且可抑制电网电压跌落瞬间的暂态冲击,以及确保稳态运行时的电流不超过安全阈值。同时,所提控制方法并未改变VSG等效为电压源的属性,保留了VSG的电压支撑能力。不同工况下的仿真测试结果验证了所提出控制方法的正确性和有效性。     

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。     

含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略与分析

针对高渗透率光伏发电接入电网带来的电压/频率稳定问题,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)策略作为一种能使光伏电站主动参与电网调频、调压的控制技术,受到了广泛地关注。以含储能的光伏电站作为研究对象,提出了含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略,推导了光伏虚拟同步发电机的有功-频率控制、无功-电压控制的数学模型,并对其控制器及参数进行了分析。在PSCAD/EMTDC环境中建立光伏虚拟同步发电机仿真模型,对该虚拟同步发电机有功频率、无功电压特性的动态过程进行了模拟,仿真结果验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题,对此,提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中,采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令,采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流,采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令,最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明,VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时,能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流,且适用于非理想电网条件。