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。     

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...     

基于虚拟同步机的微电网不平衡工况下改进控制策略

虚拟同步发电机技术能为微电网频率稳定提供虚拟惯量,而微电网运行时会存在大量不对称负荷,为补偿不平衡负载,输出三相对称电压电流,提出一种改进的基于虚拟同步机控制策略。在双二阶广义积分器中引入一个可调节系数λ,使输出的三相不对称电压能够准确分离出正、负序电压和电流,并提取出电压电流幅值、频率、相角信息,使输出电压达到三相平衡。电流控制采用一种基于dq坐标系的分序控制,使三相不平衡电流输出平衡。最后在Matlab/Simulink仿真平台和HIL硬件在环实验平台中通过对比传统虚拟同步控制策略和改进后虚拟同步控制策略,验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于虚拟同步机的微电网频率稳定控制研究

大量电力电子设备接入下的微电网,由于缺少必要的惯性储备,将加剧系统因故障扰动、孤网运行等带来的频率不稳定问题。为解决该问题,可模拟传统同步机的运行特性,在逆变器控制中加入惯性和阻尼环节。根据上述思想,本文基于传统同步机摇摆方程,建立了虚拟同步机控制模型,分析了该控制策略下系统的动态特性,重点研究了不同阻尼系数下的虚拟同步控制器对系统频率稳定性的影响,并根据控制需求,提出了变阻尼系数控制的方法。通过Simulink仿真和硬件在环实验,验证了所提方法的正确性和可行性;最后,对比了传统PQ控制及下垂控制下系统的频率稳定性,显示了该控制方法的优越性。     

基于虚拟同步机的双馈风电机组自适应控制

为了保障风机参与有功调频后的运行稳定,在研究双馈风电机组的虚拟同步控制的基础上,切实考虑了风机运行工况和电力系统调频需求两方面的情况,将风速和频率偏差值作为模糊逻辑控制器的输入信号,来相应地调节虚拟同步机的虚拟转动惯量参数,实现了双馈风电机组参与有功调频的自适应控制。仿真结果表明,采用该方案的双馈风电机组在保障自身平稳运行的同时,能适应不同的风速和电力系统的调频需求,合理地调整自身的调频出力水平。     

虚拟同步机孤岛并联系统暂态同步稳定性分析

针对虚拟同步机孤岛并联系统暂态失稳机理不明且传统等面积法则定量计算保守性强的问题,提出了一种考虑阻尼缩放的改进等面积法则。该方法运用等面积法则,将阻尼项抵消的不平衡功率缩放为对功角可积项,可定量计算虚拟同步机控制参数对并联供电系统极限切除角和极限切除时间的影响。研究结果表明,虚拟同步机的虚拟阻尼对暂态稳定性影响较大。虚拟阻尼与极限切除角和极限切除时间呈正相关;虚拟惯量与极限切除角呈负相关,与极限切除时间呈正相关,在系统容量充足的情况下应优先考虑提升虚拟阻尼。另外,初步探索了计及虚拟同步发电机过流保护的多机并联系统暂态同步稳定性研究思路,并分析了所提方法在多机系统中的适用性。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了理论分析和所提方法的正确性。     

氢燃料电池并入微电网的改进虚拟同步机控制

近年来,氢燃料电池等新能源并入微电网得到了人们广泛的关注。提出一种采用虚拟同步机技术的氢燃料电池发电系统。首先建立了氢燃料电池数学模型,分析了其电压输出特性和功率特性。在此基础上设计了两级变换器式并网控制系统。在虚拟同步机控制中,针对功率外环中一阶滤波器低频特性影响系统稳定性和动态性能的问题,在原有滤波器的基础上引入陷波滤波器进行优化补偿。最后,利用Matlab/Simulink进行仿真,对比优化前后滤波效果,并对网侧电压、电流总畸变(THD)进行仿真测试,验证了优化后的滤波器及控制系统的有效性和可行性。     

基于虚拟同步机的微电网分布式一致性经济控制策略

为降低传统微电网集中式控制对于中心控制器的过度依赖,提高系统的可靠性和经济性,本文建立计及储能电池剩余电能状态(state of charge, SOC)的系统发电成本模型,提出基于虚拟同步机的分布式一致性微电网经济控制策略。以虚拟同步机技术作为底层逆变器控制方法,上层建立基于稀疏通信链路的分布式节点信息交互模型。利用分布式一致性算法得到供二次控制使用的状态信息,基于二次控制生成虚拟同步机优化参数,进而实现各节点边际成本相同,降低微电网系统整体发电成本。此外能够平衡各储能剩余容量,并减少系统平均频率和平均电压的偏差。最后通过基于Matlab/Simulink平台的微电网仿真模型,分析并验证了理论研究及控制策略有效性。     

微电网孤岛运行下垂控制分析及仿真

微电网一般有并网和孤岛运行,并网运行一般采用功率解耦控制,其网络电压和频率由大电网决定,而孤岛运行时,网内电源决定微电网的电压和频率。由于一次能源波动和负载波动,为了维持微电网电压和频率稳定,采用电压频率下垂控制,分析了下垂控制的基本理论,给出应用下垂控制的微电网仿真波形。     

参与微电网调频的电动汽车虚拟同步机充放电控制策略

针对两级双向充/放电机,提出一种接入微电网的电动汽车充电控制策略。首先,将虚拟同步机控制技术应用于前级AC/DC控制,引入虚拟惯量、阻尼和虚拟励磁,使得充电机具有与同步机类似的惯性阻尼特性和电压调节特性。然后,重点设计了辅助调频控制算法,根据考虑电动汽车的负载有功功率—频率特性曲线计算"功率参考值修正量",改变电动汽车的充/放电功率参考值,使得电动汽车参与微电网一次、二次调频。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建有电动汽车接入的微电网模型,算例验证表明,所提出的控制策略能够在实现电动车与电网的双向功率交互的同时为微电网提供惯量、阻尼、电压和频率支撑,实现了对独立模式下微电网频率的无差调节,提高了微电网动态稳定性。     

基于虚拟同步机控制的光伏发电带负载控制

本研究提出了以光伏电源代替直流电源的虚拟同步机控制策略,前级通过设置BOOST升压电路将光伏电池输出电压升高,经过后级逆变器将直流电转化为交流电带负载运行。BOOST电路采用最大功率点跟踪控制（采用基于电导增量法的MPPT控制）,以此获得光伏最大出力使输出保持在最大功率点,从而最大化利用太阳能。仿真结果表明,设计的光伏虚拟同步机可以模拟实际同步发电机的特性,并且相比于下垂控制为系统提供了惯性和阻尼,进一步验证了所提控制策略的有效性。     

低压微电网孤岛运行模式下改进下垂控制

针对孤岛运行模式下的低压微电网系统中,多分布式发电(distributed generation,DG)单元并联运行,由于各DG逆变器输出线路阻抗差异的存在,导致系统中各DG单元根据传统下垂控制对负荷无功功率难以进行均衡分配,此外,低压微电网的输电线路阻感比很高,有功功率/频率和无功功率/电压控制有复杂的耦合现象,不能...     

微电网孤岛模式下基于虚拟阻抗的负荷分配控制策略

针对微电网孤岛模式下的多逆变器并联运行系统,其负荷分配性能对于系统的稳定、高效运行至关重要。通过深入分析多逆变器并联运行时的负荷分配机理,得到逆变器额定容量与总输出阻抗不匹配是造成负荷分配不准确的根本原因。在此基础上,提出了引入虚拟阻抗来实现逆变器额定容量与总输出阻抗相匹配的方法,以达到改善负荷分配性能的目的。同时,通过对下垂特性曲线的修正来减小虚拟阻抗对输出电压的影响。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上验证了所提控制策略的有效性。     

储能最小运行虚拟同步机微电网预测控制研究

针对风光储荷微网系统大容量蓄电池增加系统建设成本和分布式逆变器并网稳定性的问题,研究了基于预测控制的虚拟同步机风光储荷微网系统.首先,分析了风光储荷微网系统结构和各组成部分的工作模式;其次,研究了虚拟同步机控制策略,通过虚拟同步机提供转动惯量以提高并网系统的稳定性;然后,研究了基于预测控制的能量管理方法,在满足本地负荷...     

孤岛模式下的微电网频率的协调控制研究

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组和蓄电池储能系统组成的微电网,提出了一种适合微电网在孤岛模式运行时的频率协调控制策略。该策略将系统频率的动态调节过程分为动态支持、下垂控制和无差调频3个层次,对各微电源进行分层协调控制。在该控制策略下,当可再生能源发电功率或负荷大幅波动后,首先蓄电池快速地向系统提供动态支持,分担了柴油发电机的电磁功率,从而抑制了频率初期下降或上升的幅值;扰动初期过后,系统稳态频率先后在微电源的下垂控制和无差调频的作用下完成将一次调频和二次调频的任务。利用DIgSILENT/Power Factory仿真软件研究了微电网在有功扰动下的动态运行特性,仿真结果表明了所提出的控制策略可以在微电源有功出力或者负荷需求变化时,有效地协调控制柴油发电机和蓄电池的有功功率输出,提高了微电网在孤岛模式下的频率性能。     

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。     

基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略

当前微电网并联逆变器下垂控制机制一般设定为独立式,控制的范围较难扩展,导致控制补偿差增加。为此,提出对基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略的设计与实践。先进行下垂控制特性提取,采用交互的方式,扩大控制的范围,设计交互控制机制。在此基础上,构建虚拟阻抗自适应微电网并联逆变器下垂控制模型,采用补偿核验的方式确保下垂控制效果。针对选定的5个测试逆变器,经过2个周期的测定得出的控制补偿差被较好地控制在1.05以下,说明此次在虚拟阻抗自适应原理的辅助下,所设计的微电网并联逆变器下垂控制方法更为高效,具有实际的应用价值。     

微电网孤岛运行下的频率控制研究

频率控制是孤岛微电网稳定性控制的关键,其本质是功率的平衡和再分配。分析微电网不同分布式电源和负荷的频率特性,详细分析阐述了传统大电网与孤岛微电网频率控制的差异,并基于传统电网的三层调频方式提出了微电网孤岛运行下的频率分层控制方式,最后通过孤岛微电网下的频率调节试验系统来验证分析微电网主电源的频率调节特性。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络...     

孤岛微电网自适应虚拟阻抗控制策略

受到馈线阻抗不匹配等因素的影响,孤岛微电网在传统的下垂控制下难以按照下垂系数合理分配负载无功功率。为了提高孤岛微电网无功功率分配精度,本文提出一种自适应虚拟阻抗控制策略。该策略根据由通信获取的无功功率参考值自适应调整虚拟阻抗的大小,以补偿馈线间电压降的不匹配,从而实现精确的无功功率均分。该策略不需要测量馈线阻抗参数且对通信的可靠性要求不高。当自适应虚拟阻抗在当前负载条件下已经调节完成时,即使通信中断也能实现精确的无功功率均分。若通信中断时负载发生变化,无功分配精度会降低,但仍优于传统的下垂控制策略。在Matlab/Simulink中建立了20 kV·A微电网模型,通过仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。