虚拟同步发电机及其在微电网中的应用

针对分布式电源并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略及其在微电网中的应用进行研究。建立并网逆变器用虚拟同步发电机控制方案的数学模型,研究基于虚拟转矩和虚拟励磁的并网有功、无功调节方案,定量分析系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响,详细分析惯性和阻尼参数的整定方法,提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略,可模拟同步发电机的准同期并列装置。最后,针对一个典型微电网系统,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果和一台50 kVA样机的实验结果验证所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,所提的并网功率调节控制策略具有较好的有功、无功跟踪性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提高系统稳定性,此外,还能满足微电网不同运行模式之间的无缝切换。     

光伏微网中虚拟同步发电机参数自适应控制策略EI北大核心CSCD

当太阳能大规模接入光伏微电网时,系统的惯性将会随之减少,从而导致系统在遭到扰动后可能会出现严重的频率振荡问题。针对该问题,提出了一种新的虚拟同步发电机控制策略,可有效增强系统惯性。该策略通过构建虚拟惯量和阻尼与频率偏移量间的自适应关系,使得系统可根据其暂态过程中不同阶段的系统特性来自由配置虚拟惯量和阻尼系数。相较于传统控制策略,该控制策略可使得系统在相同负荷扰动下受到的冲击减小,从而减小了系统在振荡过程中的超调量和振荡时间,有效提高了光伏系统的动态稳定性。其次,该文对系统关键参数的选取范围进行了详细分析,并利用根轨迹法确定各个参数的最优值。最后利用Mtalab/Simulink仿真工具,通过与传统控制策略相对比验证了文中新的虚拟同步发电机控制策略的有效性和优越性。     

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator, VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。     

改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源控制策略

基于电力电子换流器并网的分布式能源对微电网系统的惯性几乎没有贡献,这将成为分布式能源大规模接入微电网之后面临的新问题。虚拟同步发电机控制策略作为一种能够使含储能装置的分布式逆变电源具有虚拟惯性的方法,对改善微电网系统频率的稳定性具有重要作用。在理论推导及分析虚拟同步发电机控制与微电网关系的基础上,提出了一种改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体控制策略,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变电源的上层控制中,底层控制则根据同步发电机的并网矢量关系得到。最后,搭建了简单微电网系统的Matlab/Simulink仿真模型及物理实验平台,通过仿真和实验充分验证了所提虚拟同步发电机控制方法对微电网频率稳定性的支持作用。     

基于自适应虚拟惯性的微电网动态频率稳定控制策略

微电网作为分布式电源的有效载体,通过分布式电源并联连接形成独立电网。而微电网中传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,在负荷频繁波动下易受到较大扰动。为了提高微电网频率的动态稳定性,文中提出了一种基于自适应虚拟惯性的同步发电机的控制策略,该方法模拟同步发电机的行为,构造频率变化率与虚拟惯性的关系,自适应改变虚拟同步发电机控制的惯性,从而提高微电网系统抗干扰能力和过载能力。相比于传统的交替惯性方法,所构造的自适应惯性算法不需要采样频率微分项,避免了引入系统噪声,同时实现了惯量的平滑灵活调节,具有较强的鲁棒性。另外,利用李雅普诺夫稳定理论分析了所提算法的收敛性和稳定性。仿真和实验结果表明所提方法提升了微电网频率的动态稳定性,从而验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于自适应参数虚拟同步机的微电网稳定控制

随着分布式发电技术与微电网技术的快速发展,现代电力系统尤其是微网中的电力电子化程度越来越高。微电网中电力电子变流器因缺乏必要的惯性和阻尼成分,从而影响到系统稳定。针对此问题,文章通过模拟传统同步机转子方程,基于下垂控制添加虚拟惯性和阻尼,搭建了用于逆变器控制的虚拟同步机控制模型;研究了惯性和阻尼参数对虚拟同步稳定控制效果的影响,进而通过设计合理的触发机制提出了自适应参数虚拟同步控制策略,可根据控制需求灵活切换自适应参数调整模式。最后的仿真验证和对比分析表明,所提策略一定程度上有利于增强系统的频率和功率稳定。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

辅助风电响应电网一次调频的储能VSG自适应控制策略

针对储能常采用配合频率偏差、经典下垂控制策略下的通用模型并没有类似同步发电机的虚拟"惯性"和"阻尼"特征,不能够充分发挥储能的优势问题,提出了一种辅助风电响应电网一次调频的储能虚拟同步发电机(VSG)虚拟参数自适应控制策略。在风电中通过附加储能一次调频单元来提供惯性和阻尼支持,使得风-储发电系统具备同步发电机的惯性和阻尼特征。结合同步机暂态过程中不同阶段的系统频率特性来配置虚拟惯量和阻尼系数,通过在不同控制方案下的典型区域电网阶跃扰动进行了仿真对比,证明了所提控制策略的有效性。     

面向频率稳定提升的虚拟同步化微电网惯量阻尼参数优化设计

为了解决电力电子化微电网惯性小、频率稳定性弱的问题,该文采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术来提升微电网的稳定性。VSG能够模拟传统同步发电机的惯量和阻尼等特性,为系统提供惯量和阻尼支撑。首先建立含虚拟同步发电机的微电网模型,然后研究VSG的虚拟惯量和虚拟阻尼对频率稳定的影响,并提出面向频率稳定的虚拟同步化微电网虚拟惯量和虚拟阻尼参数优化设计方法来提升系统的频率稳定性,最后以3机9节点的虚拟同步化微电网系统为例验证该文方法的有效性。     

逆变器的虚拟同步发电机控制技术建模与仿真

越来越多的可再生能源,通过逆变器并联接入电网运行,带来了逆变器并网控制研究这一新课题。常用的分布式能源控制策略为下垂控制,当逆变器电源采用下垂控制策略时,可以通过下垂特性来分配各自承担负荷的大小,但是却很难在扰动情况下,为系统提供惯性与阻尼支撑,电力系统易失去稳定。针对此问题,提出了一种虚拟同步发电机(VSG)技术。通过研究分析同步发电机的数学模型和外特性,从而建立虚拟同步发电机的数学模型,来模拟同步发电机的转子惯性,并通过仿真验证其正确性以及虚拟同发电机技术能实现微电网并网与孤岛模式的自由切换。     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

基于自适应旋转惯量VSG控制策略光储微网系统

针对光伏储能并网发电系统采用常规虚拟同步机VSG(virtual synchronous generator)控制策略在负荷扰动时系统的稳定性和动态性能欠佳的问题,本文提出一种基于自适应旋转惯量VSG控制策略的光伏储能并网发电系统。在常规VSG控制策略的基础上,利用同步发电机的功角特性曲线及转子角速度振荡周期曲线,分析了自适应旋转惯量对系统频率的影响,并对自适应旋转惯量VSG控制策略的稳定性分析及关键参数整定设计。最后,将自适应旋转惯量VSG控制策略应用于光伏储能并网发电系统中并建立其仿真模型。仿真结果表明:在负荷扰动情况下,采用自适应旋转惯量的VSG控制策略的光伏储能发电系统的稳定性和动态性能较好。相比常规的VSG控制策略频率波动及输出功率的波动性明显得到抑制。     

改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)控制基于虚拟同步机制可以增大电力系统等效转动惯量,改善电网稳定性。但是由于虚拟同步发电机模拟传统电机的机电暂态特性,传统电机的动态稳定性问题也因此被引入到虚拟同步发电机中。通过建立虚拟同步发电机的动态模型,发现线路电感会对系统等效产生负阻尼力矩;采用复数力矩系数法,分析得到虚拟励磁调节器同样会在控制回路中等效叠加阻尼力矩,存在功率振荡的风险。为改善系统阻尼特性,采用虚拟阻抗控制策略改善电感等效阻尼;并提出一种虚拟电力系统稳定装置(power system stabilizer,PSS)设计方法,可以实现虚拟励磁等效力矩的补偿。最后,通过搭建仿真平台,验证虚拟同步发电机中存在的负阻尼特性以及补偿设计方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机的频率谐振抑制策略

虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator）技术应用于新能源并网,其惯量和阻尼特性可灵活调节,提高了电力系统可控性、安全性及稳定性。大多数对VSG系统的研究都忽略了电磁磁链的动态过程引发的同步频率谐振现象,该现象在控制参数设计不合理时会导致系统稳定性下降,针对这一问题文中提出了选择VSG最优参数的约束条件。通过分析VSG的同步频率谐振产生机理推导出VSG系统的全频段动态功角,在此基础上推算出维持VSG系统稳定的约束条件,从而引入虚拟惯量与阻尼系数的最佳比值以及虚拟阻抗,消除了同步频率谐振,提高了虚拟同步发电机的稳定性。使用 Matlab/Simulink 软件进行仿真,验证了所提的控制策略具有有效性和可行性。     

考虑阻尼和惯性的虚拟同步机建模方法研究

下垂控制使电力电子接口具有同步发电机的一些外特性,如实现下垂曲线等,却不能为电网提供阻尼和惯性。为了模拟同步发电机的阻尼和惯性环节,本文通过分析如何从下垂控制演化为虚拟同步机控制,建立包括阻尼和惯性环节的类似同步发电机机械方程的模型,让电力电子变换器具有同步发电机的阻尼和惯性特性。仿真和实验验证了方法的可行性和正确性。     

基于RBF的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通过控制策略使电力电子变换器具备同步发电机的转动惯量和阻尼系数,但这两个参数在调节过程中与频率为非线性关系,传统方法都将其作为线性关系来设计控制策略。该类控制策略只能粗略调整两个参数,且调节频率过高。针对这一问题,文章提出了一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的VSG转动惯量和阻尼系数协同控制策略,通过人工智能算法改进传统控制策略。从VSG数学模型、输出特性和小信号模型三个角度对转动惯量和阻尼系数控制方法进行了分析,给出了对应参数的取值范围;并针对VSG特有的非线性关系建立了双输入双输出的RBF神经网络控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真比较传统策略与文章提出的控制策略的瞬态响应,验证所提控制策略的有效性。