并网逆变器分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制技术

传统虚拟同步发电机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了虚拟阻尼与惯性,增加了系统的频率和电压的支撑能力.然而,引入的虚拟惯性会增加系统的阶数,引起逆变器并网运行过程中输出有功功率的振荡,并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响应速度变慢.对此,基于分数阶虚拟惯性环节的频域特性分析,提出一种分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略.与基于一阶惯性环节的VSG技术相比,基于分数阶虚拟惯性的VSG技术增加了可调参数,能显著抑制有功功率的振荡,全面改善并网逆变器的性能.仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和优越性.     

光伏并网发电机组惯量阻尼控制方法研究

光伏并网发电机组惯量阻尼控制性能过差会增加系统输出功率振荡幅值,降低系统工作效率,为了提高系统稳定性和振动应力抵抗性,提出光伏并网发电机组惯量阻尼控制方法研究的方法。分析光伏并网发电机组机械结构,确定影响机组惯量阻尼的干扰因素,分析光伏并网发电机组暂态特性,构建光伏并网发电模型。将VSG本体算法指导的惯量阻尼控制过程作为模型核心算法,VSG控制策略的基本原理作为模型框架,组建基于VSG的惯量阻尼控制模型,将虚拟惯量和虚拟阻抗分别与二阶、三阶、五阶模型结合,根据模型输出结果,不断平衡机组间的稳定性和振动应力抵抗性,实现光伏并网发电机组惯量阻尼控制。实验结果表明,在惯量阻尼控制性能测试中,所提方法控制光伏并网发电机组,在充电状态和放电状态下始终无视Kp和Dp干扰,将输出功率维持在最小振荡幅值;在同步性测试中,所提方法在Kp和Dp突变的第一时间控制机组惯量阻尼,维持功率振幅,完成光伏并网发电机组惯量阻尼控制,且控制性能好、同步性能好。表明所提方法能够应用在光伏并网发电机组惯性阻尼控制上。     

多VSG并联组网下的功率分配策略研究

虚拟同步发电机(VSG)控制算法能够模拟传统同步发电机的外特性,控制逆变器为大电网提供电压和频率支撑,以及相应的惯性和阻尼特性,使得大电网的稳定性得到提高。基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略,在外环中引入励磁调节器,考虑实际导线参数,提出一种多VSG并联组网下的功率分配策略,通过搭建两台不同容量的VSG并联系统仿真模型,实现VSG在并网下按照额定容量比进行功率分配。经过实验验证,多VSG并联下的功率分配策略可以实现离/并网运行模式的无缝、平滑切换,有较好的可行性与适用性。     

具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统研究

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的并网逆变器可以对电网的频率和电压起到一定的支撑作用.但是,仅由光伏供电的逆变器难以模拟同步发电机的特性.本文提出一种具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统,并给出了相应的VSG控制策略、DC–DC控制策略以及协调控制方法;建立了系统的小信号模型,分析了参数取值对动态性能和稳定性的影响.仿真结果不但表明该系统具有同步发电机特性,可实现光伏阵列的最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和储能的充放电控制;而且验证了理论分析的正确性.     

虚拟同步机逆变器等效方式及滤波电路影响分析

基于逆变器的虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)特性不但取决于控制策略,而且其等效方式及滤波电路对VSG动稳态行为与模型准确性的影响也是不可忽略的.本文重点对LCL滤波电路下不同等效方式的VSG特性进行了分析对比,并发现将包含LCL滤波电路整体的VSG逆变器完全等效为同步发电机(synchronous generators,SG)建立的模型存在误差,进而提出一种VSG逆变器准确建模的等效方法,通过该方法建立的模型在瞬态和稳态响应均可以与实际系统一致.仿真结果及其对比分析验证了所提方法的正确性和有效性.     

基于互感器的数字锁相环设计

针对传统锁相环精度差、速度慢等问题,利用互感器实现了一种基于预测电流无差拍方法的改进功率解耦控制的数字锁相环,很好地解决三相逆变器在并网运行时锁相问题。仿真分析和实验结果表明,该数字锁相环在电网频率发生变化时,能快速准确跟踪上电网电压相位,证实此方法在逆变器并网锁相时具有良好的效果。     

基于阻抗辨识的并联逆变器无功均分VSG控制

微电网作为"互联网+"智慧能源的重要补充,要求其在孤岛运行时,能够实现电压、频率有效支撑及负荷功率自动分配的功能。具有下垂特性的虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制由于具有惯性和阻尼环节,能够依据设计参数实现逆变器的功率自动分配,但由于微网内各逆变器连接线路阻抗的差异与变化,使得虚拟同步机控制无法仅依赖确定的下垂参数实现无功功率全工况均分。为此,提出一种改进的基于短时脉冲注入线路阻抗辨识的虚拟同步机无功-电压控制方法,通过预先辨识线路阻抗来补偿各逆变器产生的线路压降,实现了并联逆变器公共母线电压-无功下垂控制,以此来弥补线路阻抗压降对无功功率合理分配的影响。并对虚拟同步机控制下改进的无功控制原理及实现方案进行了分析,并通过仿真验证了方法的有效性。     

虚拟同步发电机的无缝切换控制技术

对微电网中并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略进行了研究。首先,搭建了VSG控制的功频调节部分和励磁调节部分。VSG通过模拟同步发电机的惯性和阻尼特性,实现了并网和离网的独立运行,但是在并离网切换时容易出现电流和电压冲击。为实现并离网的平滑切换,提出了一种离网模式下恒压/恒频控制、并网模式下VSG控制的控制策略。在离网运行时,恒压/恒频控制模式为负载提供电压和频率的支撑;在并网运行时,由VSG控制模式提供。同时,详细地分析了调差系数、阻尼系数和转动惯量对功频特性的影响。最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证该控制策略的有效性。仿真结果表明:该控制策略解决了微电网在不同模式之间的无缝切换问题;与传统的切换过程相比,减小了切换过程中的电压和电流冲击,提高了微电网在运行过程中的稳定性,可以应用于多微源并联的微电网。     

多目标约束下逆变器阻抗的电流矫正方法

弱电网下锁相环与电网阻抗间的耦合会造成系统不稳定.含前置低通滤波器锁相环的并网逆变器虽能改善并网系统稳定性,但存在并网电流相位滞后问题.本文通过将滤波器从锁相环支路“拆分”,提出了一种电流二阶校正的阻抗重塑法,以基波电流控制性能、相角裕度、低频幅值为约束建立了多目标约束函数,单独优化设计了二阶校正环节参数,提高了并网逆变器的弱网稳定性,实现弱电网下的单位功率因数并网.最后在StarSim实验平台验证了所提控制方法的有效性.     

基于VSG技术的微电网虚拟惯性控制策略

虚拟同步发电机(VSG)算法在增强惯性和增强电力系统稳定性的同时会产生强耦合和低精度的问题。对此，基于传统VSG技术提出了一种新型虚拟惯性控制策略。分析了虚拟惯性原理与储能控制算法之间的兼容问题，以及交流侧的频率响应特性，得到结论：通过储能装置和并网逆变器产生的虚拟惯性可更直接更准确地调节交流频率。新型虚拟惯性控制方案包含了附加下垂特性、储能装置特定控制和功率给定算法，使系统能在多扰动下主动提供虚拟惯性支持。仿真结果验证了新方案的有效性。     

自适应惯量及阻尼VSG的船舶光伏逆变器控制

绿色船舶是未来船舶发展的趋势,随着光伏等新能源引入船舶电网,船舶电网惯性及一次调频能力不足。针对上述问题,在船舶光伏逆变器中引入虚拟同步发电机技术,建立小信号模型,分析转动惯量与阻尼系数对系统动态性能的影响,并提出一种转动惯量和阻尼系数自适应的VSG控制策略,根据虚拟转子角频率的变化率实时调节转动惯量与阻尼系数,并在VSG有功调频基础上引入辅助调频功率,以抑制功率与频率的超调量,改善VSG的动态特性。最后在MATLAB/Simulink中搭建船舶光伏仿真模型,将传统VSG与所提控制策略进行对比分析,结果表明提出的控制策略可以有效抑制功率与频率震荡,增强了船舶光伏发电系统安全稳定运行能力。     

光伏并网发电系统软件锁相技术的研究

光伏并网发电系统是利用太阳能的主要技术之一,并网逆变器是实现其与电网连接的核心部分。为使光伏并网逆变器逆变输出电流能够更好地跟踪电网电压基波,完成同步锁相功能,本文以1kW单相光伏并网逆变器为研究平台,阐述光伏并网逆变器的工作原理和系统结构,分析并网逆变器的并网控制技术,提出一种基于坐标变换的双park鉴相器的软件锁相技术,最后通过Matlab仿真验证该方法的可行性。     

基于虚拟角急动度并网控制策略

提出一种基于虚拟角急动度的并网控制策略,这种控制策略结合了下垂控制和虚拟同步机控制的优点.虚拟角急动度控制是模拟物理运动中的加速和减速过程,当电网频率或者负载出现瞬时波动时,并网逆变器频率调节按照给定频率加速和减速曲线变化,使得并网控制拥有和虚拟同步机一样的惯性和阻尼特性.对比分析下垂控制、虚拟同步机控制和虚拟角急动度控制的传递函数,说明虚拟角急动度不仅具备惯性环节,并且其动态调节时间是可量化的.通过状态方程的稳定性分析,验证虚拟角急动度拥有良好的稳定性能.仿真实验结果表明,虚拟角急动度控制算法在负荷波动时具有良好的惯性和阻尼特性,能有效抑制微网频率的波动,并确保微网的可靠运行.     

智能高压电网逆变器数字化同步锁相控制技术

传统锁相控制技术对逆变器电网信号相位参数的上、下限产生严重限制作用。为解决上述问题,提出一种基于智能高压电网逆变器的新型数字化同步锁相控制技术。通过选择高压开关器件的方式,对电网数据采集电路进行完善,达到调制智能PI逆变组织的目的,完成智能高压电网逆变器的结构类型研究。在此基础上,通过确定锁相环的同步响应性能及智能控制指标,对循环的数字化控制流程进行完善,完成智能高压电网逆变器数字化同步锁相控制技术研究。对比试验结果表明,与传统技术手段相比,应用新型数字化同步锁相控制技术后,电网信号相位参数上限上升15.0×107T左右、下限下降16.0×107T左右。     

弱电网下基于功率前馈的光伏并网逆变器稳定性分析

光伏并网逆变器的直流侧电压在光照强度、温度等外界环境的影响下通常是波动的,这会对弱电网下光伏并网系统的稳定性产生影响.针对这一问题,在传统控制系统中引入基于功率前馈的电压控制回路,并给出其结构和参数的设计过程.在此基础上,对光伏并网逆变器的输出阻抗进行建模,并分析不同控制器下对应的输出阻抗的频率特性,并利用奈奎斯特稳定性判据,分析弱电网下光伏并网系统的稳定性.最后,通过仿真实验验证所提出控制策略的有效性.