虚拟同步发电机对系统低频振荡的影响及抑制方法综述

为梳理虚拟同步发电机接入后对系统低频振荡的影响，进一步发掘其在提供阻尼和惯量方面的潜力和应用，开展相关梳理和研究工作。首先，归纳和总结电力系统低频振荡的研究现状；然后，对非同步发电机电源并网后对系统低频振荡的影响进行概括和分析；最后，综述伴随非同步发电机电源接入的虚拟同步发电机对系统低频振荡的影响和抑制方法，并针对虚拟同步发电机在新型电力系统应用过程中亟需解决的关键问题提出进一步的思考和展望。     

光伏虚拟同步发电机并网小信号稳定性分析

为保证光伏虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)并网后的安全稳定运行,全面评估光伏VSG小信号稳定性已成为一项亟需解决的任务。为此,首先建立并网型光伏VSG系统的小信号模型,通过特征根法研究VSG系统的阻尼特性,辨识引入VSG功能后逆变器并网系统产生的新振荡模态,分析并网条件和控制参数对VSG并网系统阻尼特性的影响,并据此提出VSG多参数协调设计原则。研究结果表明,引入VSG功能对逆变器并网系统的稳定性存在明显影响,设计VSG控制参数时需考虑小信号稳定性的安全约束。     

基于改进虚拟同步发电机的预同步并网策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)可有效缓解可再生能源并网造成的惯性下降问题,但在并网瞬间VSG容易产生暂态电流,导致切换失败。文章提出一种针对VSG孤/并网切换的预同步方法。首先,建立VSG数学模型,设计了VSG功频控制器和励磁控制器。其次,提出改进VSG算法的无偏差调频调压策略,消除了VSG在孤岛运行下的频率和电压偏差,并由锁相环采集电网相位,根据电网并网矢量原理进行相位同步,完成并网预同步设计。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型,实现了VSG在孤网下的二次调频调压,在此基础上完成了孤/并网无缝切换以及并网稳定运行。     

基于模糊理论的VSG自适应转动惯量控制策略

针对传统虚拟同步发电机(VSG)算法在逆变器并网端引起的功频动态响应能力不足、输出电能质量差等问题,提出了一种基于模糊理论的VSG控制策略,通过分析转动惯量的动态特性,研究同步发电机转子方程和暂态过程的功频变化机理,设计出一种模糊控制器作用于逆变器的VSG转子运动模块,使得其转动惯量能够自适应调节以达到逆变器并网稳定的目的。利用Simulink对比仿真传统VSG控制策略及基于模糊理论的VSG控制策略,验证了所提控制策略在超调量、稳定性、响应速度等方面的优越性,弥补了部分改进算法中转动惯量不能自适应调节以及调节方法不明确的缺陷,可有效降低逆变器并网端功率振荡和优化频率响应。     

基于岭估计法的储能虚拟同步发电机惯性和阻尼系数辨识方法

鉴于目前虚拟同步电机(VSG)的研究主要集中在控制系统的改进上,缺乏对实际虚拟同步发电机控制参数的量化认识。对此,建立了虚拟同步电机线性化时域函数模型,考虑虚拟同步机惯量和阻尼参数之间的耦合性,提出了一种基于岭估计法的虚拟同步机等效惯性和阻尼系数辨识方法。在输出功率阶跃变化时,利用岭估计法对VSG惯量和阻尼参数进行辨识。通过仿真与RT-LAB硬件在环试验,对岭估计法参数识别结果与传统最小二乘法进行了误差对比。仿真和试验结果表明,与传统最小二乘法相比,所提方法拥有更好的辨识精度。     

优化虚拟同步发电机惯量和阻尼的自适应控制策略

以新能源为主的微电网惯量小、阻尼弱，而虚拟同步发电机（VSG）是增强惯性和阻尼以提高微电网稳定性的有效手段，但同时引入同步机类似的功角振荡问题。该文提出一种优化VSG惯量和阻尼的自适应控制策略，改善小干扰稳定和暂态稳定。首先，建立虚拟同步发电机控制模型，在虚拟惯量控制中引入双曲正弦函数（tanh）优化惯量，通过等面积定则分析，验证优化惯量控制的正确性；在虚拟阻尼中引入灵活切换暂态阻尼和稳态阻尼控制环节，采用根轨迹分析论证优化阻尼方法的有效性。然后，根据频域特性指标，采用主极点法设计控制参数。最后，通过Simulink仿真，验证提出的优化方法对提高小干扰稳定和暂态稳定的有效性。     

模拟同步发电机特性的分布式电源逆变器控制

微电网孤岛模式下,当逆变器输出功率变化时,下垂控制的逆变器存在频率突变和偏移的问题。文章采用虚拟同步发电机(VSG)控制策略,使微电网逆变器接口具有下垂特性,同时,引入转动惯量和阻尼的调节来改善功率变化时频率突变和偏移的问题,提高系统的稳定性。文章设计了VSG的控制模块,仿真结果验证了控制策略的有效性。     

虚拟同步发电机自适应转动惯量策略研究

虚拟同步发电机（VSG）可在系统发生功率扰动时减小系统频率变化率和频率偏差,然而固定的转动惯量参数无法保证功率和频率的调节性能,不能使系统发生扰动时的系统频率响应兼具稳定性和快速性。因此,在离网和并网模式两种工况下提出了转动惯量自适应控制策略。首先,介绍了虚拟同步机的工作原理并分析了不同转动惯量对VSG输出频率的影响;其次,依据转子加速区和减速区的概念提出了自适应转动惯量控制策略,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了该算法的稳定性,给出了关键控制参数的取值原则;最后通过Simulink验证了该算法的有效性。     

基于VSG的分布式电源逆变器的自适应控制

随着分布式发电装机容量的快速增长,大规模的分布式发电并网降低了电网的稳定性,为了解决大规模分布式发电并网造成的负面影响,虚拟同步发电机技术(VSG)被提出。和传统逆变器控制相比,VSG控制技术使得分布式能源逆变器具有了同步机的阻尼和惯量特性,而且VSG的参数动态可调节。为了使VSG具有更良好的动态性能,通过对VSG的有功环进行小信号模型分析,推导出了转动惯量和阻尼系数对系统的影响。在分析了参数对系统影响的基础上提出了一种自适应控制策略,通过引入系统阻尼比这一参数,建立转动惯量和阻尼系数的自适应控制函数,对并网工况下的电源逆变器进行自适应控制。最后通过MATLAB/Simulink搭建VSG仿真模型进行验证,实验结果验证了本体所提的自适应控制策略的性和优越性。     

基于虚拟阻尼前馈的VSG储能系统功率调频解耦控制策略

储能系统(Energy Storage System,ESS)作为柔性负荷,可实现对风电、光伏等削峰填谷而逐渐成为研究热点。文章研究了虚拟同步发电机控制(Virtual Synchronous Generator,VSG)在储能系统中的应用,提出了一种虚拟阻尼前馈的VSG控制结构,在不影响VSG阻尼特性的前提下,精准实现了储能系统的一次调频特性。最后,仿真结果证明了所提策略的可行性。     

基于VSG控制的SOP低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）技术因其使逆变器能够模仿同步发电机的运行机制,不仅使分布式电源接入电网呈现友好特性,而且增强了电网的稳定性,从而得到了广泛的研究。然而传统VSG控制由于难以提供可控的无功功率而不具备低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力,当远端发生故障导致电压下降时,难以提供无功支撑,容易出现电流过流等问题。因此,针对上述问题采用一种计及模式切换的低电压穿越控制方法。分析了VSG基本原理,针对换流器采用VSG控制,在传统LVRT方法的基础上,设计了VSG低电压穿越控制的方法。针对电网故障工况下换流器的LVRT问题,结合传统LVRT控制方案,采用一种模式切换控制策略,以柔性电力电子开关（SOP）为研究对象,通过仿真结果进行对比。仿真结果验证了VSG控制结合LVRT控制可以抬升电压,在表现出传统发电机动态特性的同时,还可以提升供电可靠性,同时该控制策略可以在表现出传统发电机动态特性的同时,加入低穿特性,可提升供电可靠性,帮助换流器度过瞬时暂态过程,同时发出无功功率支撑电压恢复,同时满足低电压穿越期间的电网需求。     

光-储虚拟同步机多模式运行控制与改善储能系统寿命的选择性投退策略

该文研究光储虚拟同步机不同运行模式及其控制方法,提出改善储能寿命的VSG选择性投退策略.结合光储特点和电网需要提出光储系统实施VSG的4种运行模式及其功率协调控制方法.为降低负荷实时扰动带来的VSG成本,提出依据扰动大小选择性投入VSG的策略,通过离线求解模型方程组得到VSG投入时刻,在线根据扰动频率变化进行匹配的方法...     

基于虚拟阻抗的并联VSG改进控制研究

低压微电网在孤岛并联运行时,往往存在功率耦合以及线路阻抗差异等问题,传统的虚拟同步发电机控制很难实现无功功率的精确分配且环流抑制能力较差。为了解决上述问题,本文首先设计了虚拟阻抗使系统等效输出阻抗呈感性,实现了有功和无功的解耦。其次,提出一种改进无功-电压环控制策略,在无功-电压环中引入公共耦合点电压反馈和积分环节,减小公共耦合点电压波动并提高了无功分配精度。考虑到引入虚拟阻抗虽能有效抑制环流,却造成输出电压幅值降落的问题,通过在无功电压环中增加虚拟阻抗压降补偿项,以抬高无功-电压环输出电压幅值,抵消引入阻抗所产生的电压降落。仿真实验结果验证了所提出控制策略的有效性和可行性。     

电压环对光伏虚拟同步机系统稳定性的影响

传统的新能源发电设备不具备调频调压能力,为解决这一问题,已有研究提出多种针对光伏逆变电源的稳压与电压穿越策略。在此基础上,为进一步提升光伏电源的调频、孤网运行等方面的能力,有学者提出多种类型的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。VSG控制系统中是否存在电压环是区别不同VSG策略的主要特征之一。目前鲜有研究分析VSG控制系统中的电压环对光伏VSG并网稳定性的影响。为补缺这方面的研究,首先对引入和未引入电压环的2种光伏VSG进行小信号建模,通过计算2种VSG模型的特征根,分析电压环及其参数对系统各种潜在振荡模态的影响,尤其对可能诱发高频谐振和次同步振荡的模态进行分析。在此基础上,研究电压环对光伏VSG并网适应性和频率支撑能力的影响。研究结果表明,在电压等级较低、强度较弱的电网中,光伏VSG控制系统中宜引入电压环。     

一种光伏发电系统的柔性功率输出控制策略北大核心CSCD

从功率供需平衡角度出发,深入研究了基于有功备用的光伏发电系统稳定运行控制策略,提出一种光伏发电系统柔性功率点跟踪(FPPT)控制策略。当光伏阵列输出功率发生波动时,按照负荷或调度功率需求进行功率匹配,使光伏阵列始终运行在稳定区域,改善无储能光伏虚拟同步发电机运行特性。基于RT-LAB实时仿真实验平台搭建了两级式光伏发电系统模型,DC/DC控制环节采用文章所提出的FPPT控制策略,DC/AC环节采用经典的VSG控制策略,实时仿真实验结果验证了所提出控制方法的正确性与有效性。     

虚拟同步控制下双馈风电机组传动链动态特性分析

虚拟同步发电机针对（VSG）控制对风电机组机械结构影响缺乏认知问题,开展VSG控制下双馈风电机组（DFIG）传动链动态特性分析研究。建立计及传动链柔性的DFIG模型,并通过转子侧变流器实现DFIG的VSG控制。考虑电网频率冲击扰动与风速持续扰动两种情况,通过所建模型仿真对比VSG控制和传统矢量控制下DFIG传动链动态特性,并分别从时域和频域分析VSG关键控制参数对传动链动态特性的影响。结果表明,DFIG运行于VSG控制模式时,电网频率冲击扰动在其传动链激励出大幅度的冲击性自由扭振,风速持续扰动引发其传动链出现大幅度的持续性受迫扭振和幅度较小的持续性自由扭振,且VSG关键控制参数对自由扭振强度影响显著。     

基于虚拟样机技术的新型大功率离合器建模与仿真

运用虚拟样机技术对某新型大功率自动同步离合器进行建模仿真,模拟了其运行中棘轮棘爪碰撞和主从动齿啮合的两个重要过程,所得出的参数为物理样机的制造提供了理论依据。     

计及储能动态的VSG惯量阻尼自适应控制研究

随着风力发电、光伏发电等新能源发电渗透率增加,电力系统的等效惯量和等效阻尼逐渐减小,其稳定性问题变得越来越严峻。虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术的提出能有效地解决这一问题。然而,传统的VSG并网逆变器采用恒惯量和阻尼控制,在系统受到扰动时,其鲁棒性较差。因此,为增强系统的鲁棒性,优化其频率响应曲线,本文提出了一种计及储能装置动态特性的并网VSG惯量阻尼自适应控制策略。首先,阐述了VSG的基本工作原理,然后通过建立其数学模型分析不同旋转惯量和阻尼系数对系统输出特性的影响。在此基础上,结合同步发电机（synchronous generator, SG）功角特性曲线和频率振荡曲线设计出旋转惯量和阻尼系数的自适应控制策略,该控制策略通过引入惯性环节以较好地匹配储能装置的动态特性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件对比分析了所提控制策略和传统的VSG恒惯量和阻尼控制,结果验证了所提控制策略的正确性。     

基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制策略

为了提高惯性和促进电网恢复,提出一种基于LCL型并网逆变器的虚拟同步发电机模型预测控制（MPC-VSG）策略。该方法在模型预测控制（MPC）中引入虚拟同步发电机（VSG）控制输出电流内环的参考值,使内环电流参考值可随电网电压和频率变化。基于Matlab搭建仿真模型,和MPC控制方法相对比和分析。仿真结果表明：当逆变器输出功率发生变化时,采用VSG的模型预测控制可增加电网的惯性和稳定性,改善系统暂态过程。