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.     

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.     

基于一致性的并联虚拟同步发电机分布式协同控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可模拟同步发电机运行机制,并为系统提供惯性和阻尼支撑.在孤岛模式下,VSG并联运行多采用分散下垂控制,不具备频率恢复以及有功出力合理分配等功能,为此,本文提出了一种基于一致性的并联VSG分布式控制方法,可改善系统频率与有功功率特性.本文首先介绍了传统VSG控制的数学模型,并在此基础上设计了VSG并联系统频率恢复及有功出力合理分配的整体方案.在分布式控制模式下,相邻VSG只需少量信息交互即可控制频率恢复到额定值,并可实现功率的按需分配,满足了不同用户的定制需求.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

虚拟同步发电机技术在风力发电中的应用

随着化石能源危机和环境污染问题日益严重,风力发电产业发展迅速。传统风力发电机组受到其中电力电子装置的影响,在并网时对电网电压和频率呈现低惯量、欠阻尼影响,对电网的稳定形成严峻的挑战。虚拟同步发电机(VSG)技术能模拟传统同步发电机的运行特性,改善电网的稳定性,还能进一步推动智能电网的形成,因而成为目前研究的热点。介绍了虚拟同步发电机的基本原理及模型,综述了目前风力发电虚拟同步发电技术主要的控制方案,分析了各种控制方案的优缺点。介绍了虚拟同步发电机在风力发电中的应用并列举出成功案例。最后,对VSG技术接入电网面临的问题进行了分析并提出今后的研究方向,为VSG技术在风力发电中的发展和应用提供技术支撑。     

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。     

具有惯量特性的并网逆变器黑箱模型辨识

针对具有惯量特性的并网逆变器,提出了一种统一虚拟同步发电机(VSG)模型和基于智能算法的惯量阻尼参数辨识方法,实现了对未知模型的商业化并网逆变器装置的数学建模和惯量评估.基于将具有惯量特性的并网逆变器装置等值为一台VSG的思想,总结了现有各种VSG的实现方法,归纳出一种包含锁相环和动稳态阻尼特性的统一VSG模型;利用遗传算法实现了统一VSG模型惯量和阻尼参数的准确辨识,但锁相环的控制参数却无法准确辨识,为此,从系统闭环极点的角度详细分析了锁相环参数辨识的准确性与其带宽之间的关系,并提出了选取高带宽锁相环的统一 VSG模型进行并网逆变器等值惯量和阻尼辨识的解决方案.最后,通过MATLAB/simulink仿真验证了所提模型辨识方法在多种不同VSG控制策略下的适用性和有效性.     

虚拟同步发电机频率协调控制技术研究

在电网突发异常情况下,针对虚拟同步发电机的频率协调控制技术控制性能差,导致虚拟发电机输出的有功功率波动较大,设计一种适应多种电网工况的虚拟同步发电机频率协调控制技术。分析电网中虚拟同步发电机转子部分等效主电路,获取标幺值惯量,经过普拉斯变换得到发电机输出有功功率变化量与电网频率变化量之间传递函数模型,描述虚拟发电机运行状态,设计针对虚拟同步发电机频率的内环控制器结构,优化整体的控制策略。仿真结果表明,在不同的电网异常情况下,设计的虚拟同步发电机频率协调控制技术下,发电机输出有功功率输出波动小,更加接近稳定状态。     

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。     

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。     

基于VSG的光伏发电系统建模与仿真研究

光伏发电往往通过电力电子接口接入电网,使得系统面临频率和电压稳定性等方面的挑战。结合光伏发电的输出特性,提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的光伏发电系统变流器控制策略。首先,综合光伏阵列、升压电路、脉冲宽度调制和最大功率跟踪控制模块,搭建了光伏发电系统的仿真模型。其次,基于传统同步发电机运行机制,提出了有功频率控制和无功电压控制方法,实现了有功功率控制和调频调压的双重功能,完成了光伏发电系统的运行控制。最后,分析了不同光照强度和不同温度下光伏阵列的输出特性,并在负荷功率扰动条件下,开展了系统的直流侧逆变电压、虚拟同步发电机输出有功功率和系统频率等特性研究。通过MATLAB/Simulink,验证了虚拟同步发电机思想及控制方法的正确性和有效性。     

无源网络中可实现二次调频的VSFR控制仿真

基于电压源型高压直流输电系统连接的无源网络中,采用虚拟同步发电机VSG控制可以解决一次调频的问题.提出一种虚拟二次调频(Virtual secondary frequency regulation,VSFR)控制,上述策略在VSG有功-频率控制器中引入与角频率偏差成积分的附加功率项,其中功角同步系数Kθ可进行自适应调整,以实现无源网络频率的无差调节,并且可以提高无源网络的暂态稳定性.在PSCAD/EMTDC搭建了向无源网络供电的两端柔性直流输电系统,仿真结果表明,VSFR控制方法可以增加附加功率,保证换流站输入输出功率平衡,其正确性和有效性得到保证.     

双馈风电机组的自适应神经网络保性能虚拟同步机控制

近年来，可再生能源的电网渗透率逐年提升，电网对可再生能源参与一次、二次调频的需求也愈加紧迫，虚拟同步机技术（VSG）应运而生.VSG能够赋予新能源机组主动参与电网调频的能力，然而当VSG应用于双馈感应风力发电机（DFIG）时，存在动态过程中转子电流超出转子侧变流器（RSC）容量的风险.本文提出一种应用于DFIG的保性能虚拟同步控制器，通过使用误差映射函数将输出受限的系统转化为等价的不受限系统，并使用李亚普诺夫方法设计保性能控制器，保证转子电流在调频、故障穿越等强动态过程中不超过任意人为设定的限制；此外，利用神经网络自适应策略，对发电机组中的不确定动态特性进行补偿，从而获得理想的控制效果.最后，本文通过大量仿真验证了所提控制策略在调频能力、转子电流控制和应对参数偏差等方面的控制性能.     

基于VSG的LCL型微网逆变器技术研究

为使并网逆变器能更好地配合大电网运行,采用模拟同步发电机的控制方法,使分布式发电系统借鉴成熟的电力系统控制方案,实现多模式运行。基于虚拟同步发电机的控制方法,改进了虚拟调频以及虚拟励磁系统,配合虚拟惯性有效地改善了系统在离网运行状态下由于负荷变化引起的频率不稳定问题;同时对三相LCL滤波器性能进行了分析,通过在电容侧增设无源阻尼电阻的方法,可以有效地抑制谐振尖峰,增强系统的稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink的仿真实验验证,证实了所采用方法的有效性。     

虚拟同步发电机参数自适应调节

虚拟同步发电机技术借由控制器设计达到模拟同步发电机外特性的效果, 改善了含有新能源的电网系统 的稳定性. 根据虚拟同步发电机参数可调的特点, 可采用参数自适应调节优化系统动态性能. 但传统虚拟同步发电 机参数自适应调节仍存在两方面不足: 一方面, 大范围调整阻尼下垂系数和虚拟转动惯量, 对系统储能裕量要求高; 另一方面, 暂态调节过程中存在功率超调现象, 对电力设备不利. 本文引入输出速度反馈调节系统阻尼, 为改善系 统暂态稳定性提供了方便的调节手段; 其次, 根据系统暂态功角特性, 提出了参数自适应控制策略, 缩短了调节时 间, 将频率偏差减小至允许范围内, 改善了电网频率调节的暂态性能, 同时抑制了功率超调. 最后, 对比实验结果表 明本文控制策略优于现有的自适应控制策略.     

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.     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

一种下垂控制逆变器与柴油发电机并联运行控制策略

传统的逆变器与柴油发电机并联系统中,逆变器采用PQ和V/f控制切换的方式实现并网与独立运行,模式切换存在失败的风险。提出了采用下垂控制的逆变器与柴油发电机并联运行控制策略,避免控制策略的切换,实现双模式的无缝切换。首先详细分析了采用下垂控制的逆变器与柴油发电机不能实现功率均分的原因,指出逆变器的等效阻抗等于逆变器与柴油发电机容量比的倒数乘以柴油发电机的等效阻抗是实现功率均分的充要条件。其次,引入虚拟阻抗削弱线路阻抗模型中的阻性成分带来的功率耦合,并使逆变器的等效阻抗满足功率均分的充要条件。最后利用MATLAB/Simulink仿真软件对所提方法进行了验证。     

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。     

自同步型并网逆变器有限时间全阶终端滑模控制研究

由于单台逆变器从离网到并网的切换过程中电网侧信息的获取会延迟,使得经典的虚拟阻抗方法难以实现逆变器自同步电网信息的功能.因此,文中设计一种基于有限时间全阶滑模控制的直流母线电压/无功功率控制器,该控制器与PQ型控制器相比减少了复杂的锁相环(PLL)结构,与虚拟同步发电机(VSG)控制技术相比增加了电网侧频率信息的采样,可实现对对电网信息的自同步追踪,并且有限时间的全阶滑模控制保证了微网系统具有更快的响应速度和较强的鲁棒性.对比的仿真和实验结果表明,所设计的控制策略可以快速跟踪电网电压信息,有效提高逆变器输出电压的动态调节能力.