不同线路阻抗下VSG控制参数通用设计方法

逆变器虚拟同步发电机(VSG)控制能够增加阻尼惯性,为系统提供频率支撑,但这是以牺牲功率控制环路稳定性为代价的.针对上述问题,提出一种应用更为广泛的VSG控制参数设计方法.首先,通过建立VSG的小信号数学模型,分析VSG控制参数对功频特性及功率控制环路特性的影响.然后,引入功率环剪切频率对VSG控制参数进行约束,提出不...     

虚拟同步发电机单机并网小信号模型及其稳定性分析

目前可再生能源发电设备一般不具备支撑电网运行的能力。随着可再生能源在电网中占比的不断提高,其弱支撑性问题越来越显著。为解决上述问题,有学者提出了虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generators,VSG),该技术可以使可再生能源发电设备模拟同步发电机,为电网提供调压和调频支撑。虽然VSG技术可以提高可再生能源对电网的支撑性,但有可能导致可再生能源发电设备在运行时出现振荡,危及电网的安全运行。为分析和解决上述问题,本文对单台VSG并网系统的各个环节进行了详细的建模,得到了系统的小信号模型。在此基础上,分析了VSG不同控制参数对系统稳定性的影响。分析和仿真结果表明,当VSG控制参数设置不合理时,系统会出现振荡,需要合理设置VSG控制参数以保证电网的安全稳定运行。     

多虚拟同步发电机并联系统控制参数对稳定性的影响分析

虚拟同步发电机(VSG)技术作为支撑新能源消纳的新技术,其单机运行相关问题得到了广泛探讨,但目前鲜有文献从系统层面出发来综合分析多VSG并联系统的运行特性。基于此,文中通过建立多VSG并联系统全阶模型,明晰考虑系统延时下控制参数对VSG运行特性的作用规律。首先,简析VSG的运行原理及其并联方式,指出在综合建模时需考虑线路和负载参数。然后,对VSG单机模型进行延时修正,基于此建立多VSG并联系统的全阶小信号状态空间模型。接着,采用参与度分析法,甄别不同控制参数与高、低频稳定性之间的对应关系,并通过特征值轨迹分析各参数对系统高、低频稳定性的影响趋势及阈值。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

具有暂态阻尼特性的虚拟同步发电机控制策略及无缝切换方法

针对常规二阶虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制中存在的一次调频特性与传统阻尼特性相互影响的问题,提出了引入反映同步发电机阻尼绕组特性的暂态阻尼环节的解决方法,同时实现VSG对同步发电机暂态特性和稳态特性的模拟,建立了具有暂态阻尼特性的VSG控制的小信号动态模型,通过广义根轨迹法定性分析了VSG控制参数对系统稳定性的影响,并结合频域特性指标,利用主导极点法对控制参数进行定量设计。针对VSG并网过程中可能出现的电流冲击,提出了基于直接电压鉴相原理的预同步控制策略,实现无锁相环VSG控制在不同运行模式之间的无缝切换。最后,利用搭建的微电网仿真平台,验证了理论分析的正确性以及所提预同步方法的有效性。     

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。     

虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计EI北大核心CSCD

随着分布式电源在电力系统中所占容量越来越大,亟需一种新的控制方式使得分布式电源能够主动参与到电网的功率调节中去,而虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术作为一种可能的解决方案,得到了广泛关注。建立VSG的工频小信号模型,并证明在一定条件下,其有功环和无功环是近似解耦的,因此在设计闭环参数时,有功环和无功环可以分别独立设计。基于建立的模型,给出一种VSG控制参数的设计方法,该方法能够快速准确地计算出相应的控制参数,并兼顾系统的稳定性、动态性能与对功率脉动的抑制能力。最后进行实验验证,实验结果证明了文中理论分析的正确性与设计方法的有效性。     

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。     

级联型储能系统中虚拟同步发电机控制及电池自均衡策略

为更好地应对可再生能源装机容量不断提升而传统分布式储能系统容量小、电压等级低的问题,提出采用级联H桥拓扑实现单机电池储能系统(BESS)的高压、大容量化。为增强储能系统入电网友好性,对虚拟同步发电机(VSG)控制技术进行了研究,结合同步发电机的一次调频特性及调压特性,详细分析了同步发电机的二阶等效模型和VSG控制策略,建立VSG控制的宽频带小信号动态模型,定量分析VSG控制的固有功率耦合特性及交流侧阻抗对VSG控制的影响,提高了VSG模型准确度。通过频域模型分析虚拟惯性和阻尼以及无功控制参数与BESS性能的关系,为VSG稳定性分析及关键参数的设计与优化提供了依据。针对VSG控制下BESS模块电池荷电状态均衡的问题,提出一种改进型最近电平调制方法并给出了调制原理,实现了相内模块间荷电状态的自均衡。最后,利用搭建的仿真模型,验证了VSG在级联型BESS应用中的可行性、参数分析以及调制方法的有效性。     

逆变器VSG小信号建模与参数设计

虚拟同步发电机(VSG)技术能为并网逆变器提供类似于同步发电机的惯性特征,是分布式发电和微电网领域的核心技术之一。针对VSG控制器的建模和参数选取问题,对VSG功率回路进行了小信号建模,分析得知功率回路带宽需远小于线频的2倍,以避免VSG输出电压严重失真。在此基础上推导了VSG的线频平均小信号模型,可用于参数设计。同时,在线频平均小信号模型基础上给出了有功和无功功率控制解耦的条件。最后,利用10 kV·A并网逆变器原理样机进行了试验研究,研究结果验证了理论分析和参数设计方法的有效性。     

基于惯量支撑和一次调频需求的VSG储能单元配置方法

分布式电源大量接入电网会引发电网惯量、阻尼缺失和系统稳定性下降问题,虚拟同步发电机(VSG)在分布式电源友好接入和提高电力系统稳定性等方面极具应用前景。作为虚拟惯量的物理基础,储能单元的配置直接影响着VSG的性能和成本。文中基于VSG的惯量支撑、一次调频两大基本功能,建立了响应电网频率波动的储能单元出力模型,提出了一种以元件参数和控制参数为基础的储能单元配置方法。然后,计及下垂系数、阻尼系数和惯性常数,研究了储能单元出力的暂态特性及其调节机制,并分析了储能单元功率、容量需求受控制参数影响的机理,明确了影响程度最大的控制参数。最后,借助仿真和实验证明了所提方法的正确性。     

虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法

虚拟同步发电机(VSG)技术作为一种分布式电源主动参与电网频率电压调整的新型控制方式,得到了越来越多的关注。通过对同步发电机外特性的模拟,使得微电源逆变器具有同步发电机相同的转动惯量、一次调频、无功调压等特性。提出简化的VSG虚拟惯量控制器,避免了锁相环(PLL)误差引起的频率指令波动对系统稳定性的影响,建立包含中间控制环节状态变量的VSG并联系统小信号模型,并针对主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响进行了分析,最后利用等效同步发电机原理,提出了虚拟同步发电机多机并联运行的虚拟惯量匹配方法,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的无锁相环预同步并网控制策略

利用虚拟同步发电机(VSG)技术,针对微电网逆变器离/并网平滑切换控制策略进行研究。首先,建立VSG数学模型,对VSG功频调节器、励磁调节器和电磁方程等控制部分进行设计,并给出相应的控制框图。其次,对传统离/并网切换原理进行分析,锁相环(PLL)的存在,导致在很大程度上影响预同步速度和精度,针对此问题提出一种改进预同步控制方法,省去PLL环节且只需要2个PI调节器,控制参数减少,切换瞬间冲击电流减小且能够抑制有功、无功功率冲击,有效实现微电网逆变器离/并网平滑切换。最后,通过基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和优越性。     

电流控制型虚拟同步发电机的小信号建模与稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)技术可以使新能源具有频率和电压支撑能力,因此得到广泛关注。目前虚拟同步机的技术路线可以分为电压控制型和电流控制型两大类。现有研究多聚焦于电压控制型VSG,而对电流控制型VSG研究较少。主要研究了电流控制型VSG的并网稳定问题,首先建立了电流控制型VSG的小信号模型,计算得到了系统特征根,分析了系统中各模态的阻尼特性。在此基础上,研究了电流控制型VSG控制参数对其稳定性的影响,并对电流控制型VSG在不同电网条件下的稳定性及其并网适应性进行了分析。研究结果表明,VSG控制环节对电流控制型VSG的稳定性存在显著影响,电流控制型VSG并网运行存在高频振荡和次同步振荡风险,需要合理整定其控制参数以保证其安全稳定运行。     

含虚拟同步发电机的多端柔性直流系统稳定性分析

以含虚拟同步发电机(VSG)的多端柔性直流系统稳定性为研究对象,分别建立了VSG控制和矢量控制下电压源型换流器的传递函数模型,采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入对直流系统自身稳定性的影响,得出如下结论:(1)"直流系统注入VSG的功率恒定"这一假设忽略了多端直流系统中VSG与剩余直流系统间的动态交互过程,导致其分析结果具有一定的局限性;(2)含VSG的多端直流系统自身会产生稳定性问题,受到VSG自身控制参数和VSG与剩余直流系统间动态交互过程的影响;(3)当VSG的开环模式与剩余直流系统中的开环模式接近时,直流系统可能产生振荡现象,文中给出了有效的参数调节方法。最后,对一个含VSG的三端柔性直流系统进行了时域仿真分析,验证了上述研究结果。     

灵活虚拟同步机主要控制参数对系统频率稳定性的影响分析

基于虚拟同步机(VSG)控制的换流器可以模拟出同步发电机的惯性,虚拟惯量可在一定范围内灵活调整是其区别于传统同步发电机的重要优势。然而,灵活虚拟同步机(FVSG)控制参数的变化会对系统频率稳定性造成严重影响,探究主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律对其大小选择具有重要意义。首先给出了固定惯性时间常数下的虚拟同步机控制策略,构建了VSG的控制框架;其次,研究了3种典型的FVSG控制方法,并对其进行了对比分析;最后,针对基于指数惯量的灵活虚拟同步发电机控制技术,通过构建小信号模型、灵敏度计算及根轨迹分析的方法,揭示了主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律,为控制参数的选择提供了依据。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

基于线性化模型的虚拟同步发电机惯性和阻尼辨识

针对并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制,提出了一种VSG实际输出惯性和阻尼的辨识方法,以定量量化VSG参与电网调节能力的强弱。基于VSG的二阶非线性模型,及其在工作点附近的小信号摄动处理,建立了VSG的线性化传递函数模型,给出了其离散化模型及其与VSG惯性和阻尼参数之间的关系,分析了线性化模型的误差大小和适用范围。利用VSG的输出功率阶跃扰动,激励出VSG的功率振荡模态信息,并利用最小二乘估计的方法,辨识出VSG实际输出的惯性和阻尼参数。最后,针对并网逆变器的常规控制方法和VSG控制方法,利用仿真分析和实验结果,验证了所提模型和方法的可行性和有效性。     

考虑频率耦合效应的虚拟同步发电机序阻抗建模

中低压配电网的线路阻抗呈现时变特征,使得基于虚拟同步发电机VSG (virtual synchronous generator)算法的分布式发电单元和电网阻抗产生交互作用,出现系统失稳。阻抗模型是一种基于外特性的建模方法,是研究分布式发电系统稳定性的有效手段之一。考虑到VSG系统存在着频率耦合特性,首先阐述了VSG系统的频率耦合原因,采用谐波线性化的方法建立包含功率外环和频率耦合效应的完整VSG序阻抗模型。再从阻抗测量和并网交互两个角度分析了频率耦合效应对VSG输出阻抗特性的影响。仿真结果验证了模型的准确性和适应性,表明所建立的阻抗模型能准确反映VSG的二倍频频率耦合特征。     

基于虚拟同步机的三相整流器低电压穿越控制

以直流电压为控制目标对基于虚拟同步机(VSG)的三相整流器进行了小信号建模分析,并基于VSG下垂控制方法提出了一种三相电网电压等幅跌落下的低电压穿越控制方法,有效实现了系统在低电压穿越控制模式与下垂控制模式间的无扰切换,从而保证了电网电压的稳定与负载的正常运行.仿真和实验结果验证了控制策略的正确性.     

含光伏-储能的并网虚拟同步发电机协调控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术是一种新型的控制方式,目前研究集中在对逆变器接口的控制上,忽略了对直流侧元件的分析和控制。针对该问题,对分布式电源和储能设备进行了具体建模,通过能量管理对VSG和直流元件进行协调控制。设计了一种含光伏-储能的并网虚拟同步发电机协调控制策略,减缓了光伏出力突变对电网造成的冲击,实现了对不平衡功率的快速补偿和储能荷电状态的调整。通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型,对相关分析和所提方案进行了系统仿真和方法验证。