孤岛型微网并联逆变器下垂控制策略研究

针对孤岛型微电网逆变器并联运行系统中由于系统交流母线至各逆变器线路之间的距离不同导致其输出总阻抗不同,使得系统的输出功率无法达到均分,产生功率环流等问题,在传统的P-V/Q-f下垂控制策略的基础上提出一种基于动态虚拟阻抗自适应的下垂控制策略。将虚拟阻抗设计成一个跟随系统电压和电流变化的动态虚拟阻抗。在动态虚拟阻抗回路的作用下,不断调整虚拟阻抗的值,以弥补系统电压降落,同时抑制功率环流。最后,通过建立MATLAB仿真模型对该方法进行仿真测试,通过仿真验证了该方法的可行性。     

基于虚拟阻抗的微网功率分配策略研究

孤岛模式运行的微电网,其稳定性和可靠性要求各发电单元均衡分担负荷,电能质量要求系统电压和频率波动在一定范围内。采用传统下垂控制的微电网,电压和频率波动受负荷影响,电源输出特性与输电阻抗等因素有关,无法满足以上要求。本文分析了功率均衡分配条件,利用虚拟阻抗实现功率解耦和无功功率合理分配。针对虚拟阻抗以及下垂控制造成的母线电压降低,引入计算母线电压重新设计无功下垂方程,降低负荷变化和虚拟阻抗对母线电压的影响,保证其波动在规定范围内,提高了微网电能质量。     

构网型换流器控制技术研究

构网型控制换流器可以通过控制技术为电网提供惯量支撑,稳定电压与频率,提高电力系统稳定性。基于构网型换流器控制的基本原理,对比构网型控制策略与传统跟网型控制策略的区别,分析构网型换流器的主要控制技术,提出未来构网型换流器控制需要解决的关键技术及研究方向。     

并联微网逆变器输出功率精确分配研究

为了解决基于传统下垂控制的并联微网逆变器输出功率分配不合理问题,以两逆变器并联运行模型为研究对象,详细分析下垂控制中并联逆变器输出功率分配机理,得出并联逆变器输出功率分配不精确的本质原因是逆变器总输出阻抗和额定容量间的不匹配。进而提出了一种改进下垂控制策略,在电压外环采用准比例谐振(PR)控制,同时虚拟阻抗被引入到电流反馈环,进而使逆变器总输出阻抗近似于虚拟阻抗,通过比例设置虚拟阻抗实现并联逆变器输出功率的精确分配。此外,在功率控制环中引入逆变器输出电压幅值反馈环节,合理选定预设电压,有效改善了虚拟阻抗造成的输出电压降低问题。仿真软件验证了理论分析的正确性。     

改善功率分配及电能质量的微电网分层控制策略

采用传统下垂控制的多微源逆变器在独立运行时,由于线路阻抗的影响,各微源无法按容量比例精确分配负荷无功功率。为了提高系统的无功功率分配精度,文章在深入分析逆变器总阻抗对负载功率分配影响的基础上,指出逆变器总阻抗和额定容量成反比是实现功率合理分配的充要条件,于是提出了一种微电网分层控制策略。第一层控制设计了基于旋转坐标系的虚拟阻抗,以消除微电网中的有功功率和无功功率耦合现象,同时还可以改善无功功率分配性能;第二层中央控制器通过向第一层控制反馈无功功率调节量,进一步实现了无功功率的无差分配,此外,对系统频率和母线电压进行调整,从而优化了系统的电能质量。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了两台微源并联模型,仿真结果对比图验证了文中所述控制策略的正确性和可行性。     

功率自适应分配的孤岛直流微网控制策略研究

针对直流微网中线路阻抗分布差异对负荷功率准确分配和公共母线电压稳定造成的不利影响,提出一种基于虚拟阻抗的功率自适应分配控制策略。通过注入微小脉冲扰动和检测实现对线路阻抗的主动辨识,并将获取的阻抗信息引入基于虚拟阻抗功率自适应分配控制中,实现了负荷功率的准确分配,从而提高了DG的能源利用效率,减少了环流的产生;同时由于其弥补了线路阻抗造成的压降,较好地提升了公共母线的电压整体水平。所提控制策略在实现负荷功率准确分配的基础之上,同时母线电压一直能够维持在较高的电压水平,且无通信网络要求,经济可靠且具有热插拔功能。最后仿真和实验结果较好地验证了所提控制策略的可行性。     

基于功率指令切换的双级式构网型光伏故障穿越控制策略

在新型电力系统构建中,构网型光伏将发挥巨大作用。但受限于电力电子器件过流能力,目前针对构网型光伏的故障穿越控制策略还需进一步完善。综合考虑逆变器稳态和暂态过流抑制,提出了一种基于功率指令切换和虚拟阻抗的双级式构网型光伏发电故障穿越控制策略,该策略计及光伏直流侧动态响应,能够实现满足电流限幅约束的前提下向并网电压提供无功支撑,同时保持故障期间构网型光伏对系统惯性的支撑特性,提升大扰动下光伏换流器暂态功角稳定性。仿真结果表明,在电网发生严重电压跌落的情况下,所提控制策略可在保持逆变器直流侧电压稳定的同时实现故障穿越功能。     

储能系统黑启动功率分配控制策略

孤岛电网由于电网容量小、调节能量弱,极容易发生系统性崩网。当孤岛电网崩溃后,需要在不依赖外部公共电网的情况下,通过其内部的黑启动电源进行电网的建立。近年来,随着储能技术的快速发展,越来越多的储能系统应用于孤岛电网中,用于孤岛电网内电力负荷平衡的调节,这使得储能系统与传统的柴油发电机共同来完成电网黑启动成为可能。以实际孤网黑启动为例,介绍了孤网黑启动电源供电网络架构,同时针对储能变流器多机电压源并联运行情况,在解决多机并联系统内部环流的前提下,分析了大规模储能系统作为黑启动电源所采用的基于虚拟阻抗的统一下垂控制策略,构建了仿真模型,并进行了验证。     

用于微网逆变器并联的控制策略

对于包含多个逆变器的微电网系统,使用传统下垂控制法会造成逆变器间环流及功率分配不均,这是由于逆变器的输出阻抗及线路阻抗各有差别。首先介绍了传统下垂控制方法,并以此分析逆变器输出阻抗为阻性时的功率分配情况,指出传统下垂控制的缺陷。随后,为了达到功率精确分配及等效输出阻抗为阻性的要求,即满足能够正确使用传统下垂控制法的前提条件,引入满足条件的阻性虚拟阻抗,并给出该虚拟阻抗的具体添加位置。至于输出电压偏差,可以通过在传统下垂控制法中添加电压反馈环节来予以解决。最后,仿真结果表明了该改进下垂控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应下垂特性的孤立直流微电网功率精确分配与电压无偏差控制策略

基于下垂控制的直流微电网为自主集成分布式电源、储能单元和多类型负荷提供了一种有效的方式。在传统下垂控制作用下,由于直流微电网中各分布式电源出口线路参数不一致,且存在本地负荷,因而降低了负荷功率的分配精度,难以最大程度发挥分布式电源的效率,甚至引发分布式电源过载等问题,同时线路电阻上的电压降会进一步降低直流母线的电压质量。为了实现分散控制模式下孤立直流微电网的功率合理分配,并消除直流母线电压的偏差,提出基于自适应下垂特性的功率精确分配策略和直流母线电压无偏差控制策略,且在功率分配策略中考虑了本地负荷的影响。同时对DC-DC变换器在所提改进下垂控制下的响应特性进行分析,并讨论关键参数对系统稳定性的影响。仿真对比结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟阻抗的多逆变器功率分配控制研究

多逆变器并联运行能够提高新能源并网容量和发电效率,但因线路阻抗差异经常存在功率耦合和分配不均的问题。本文以2台逆变器为研究对象,对光伏逆变器并联运行的功率特性进行分析,结合光伏逆变器双闭环控制环路引入虚拟阻抗,研究虚拟阻抗取值对弱化线路阻抗差异的影响,提出一种基于虚拟阻抗的改进策略。在PLECS中搭建模型进行仿真验证,结果表明所提策略大大提高了功率分配精度和动态响应能力。     

独立微网中多虚拟同步机功率精确分配控制策略

独立微网中,逆变器采用虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制模拟同步发电机运行机制,为微网提供惯性和阻尼,改善系统电压频率稳定性。但传统VSG并联系统不具备无功出力合理分配以及直流抑制的能力。首先,从VSG基本原理入手,分析了VSG功率均分机理。其次,为构造积分器,从电压补偿角度提出了一种改进的无功控制方法,实现了无功分配与线路阻抗解耦。在直流抑制方面,利用准谐振控制器重新设计了底层双环控制。同时研究了参数匹配方法,保证VSG功率均分。最后通过Matlab仿真验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于龙贝格观测器的微电网功率均分控制策略

针对离网并联逆变器的功率分配问题,以及负载不平衡条件下三相电压不平衡度过大,设计了微电网应对负载不平衡的控制策略。设计了三相电网电压的龙贝格观测器,并证明其稳定性。该观测器同样可用于三相电流的观测。采用分序虚拟阻抗,独立配置正序虚拟阻抗和负序虚拟阻抗,使逆变器输出功率均分,并减小负序网络下线路阻抗引起的不平衡电压。改进有功下垂方程,使母线电压保持在传统有功下垂方程给定电压值附近。在Matlab/Simulink仿真平台和搭建的逆变器并联系统中,验证该控制策略的有效性,仿真结果和实验分析表明:设计的观测器能够准确地获取电压和电流的正、负序分量;此处控制策略在功率均分的前提下,大幅降低了三相电压不平衡度,提高了电能质量。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。     

孤岛微电网的新型功率分配与电压调整控制策略

传统下垂控制难以保证孤岛微电网中并联微源的功率分配精度,同时存在母线电压跌落的问题,供电电压质量较低,针对上述问题,提出一种基于一致性算法的分布式控制方法。相邻微源间进行低带宽通信,每台微源利用其本地信息及获取的其他微源的信息,结合离散一致性算法对系统平均电压进行迭代估计,并在P-V控制环中增加PI控制器,利用系统平均电压这一公共量实现了有功功率的合理分配,并提高了系统电压质量,实现了电压的调整。针对含有4台微源的孤岛微电网系统,利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型,对传统下垂控制与所提控制策略进行了仿真与对比分析,仿真结果验证了所提控制策略在功率分配与电压调整方面的优越性。     

直流电网阻抗建模与振荡机理及稳定控制方法

维持直流母线电压稳定是直流电网高效、安全、稳定运行的前提。多个电压源变换器(Voltage Source Converter,VSC)经下垂控制接入直流电网,下垂控制等效于在VSC直流端口增加虚拟电阻,实现多VSC之间的功率分配的同时增加了系统阻尼。但研究发现,采用直流电压下垂控制的VSC,其输出阻抗会在电压控制带宽外呈现负阻性,该负阻抗会与线路阻抗、负载输入电容及恒功率负载(Constant Power Load, CPL)相互作用,引起直流系统振荡。针对此问题,建立了典型的单母线直流电网系统小信号模型,分析了直流系统的稳定性。提出一种虚拟阻容性阻抗的稳定控制方法,使得VSC输出阻抗在电压控制带宽外保持较大的正阻性,抑制直流系统的振荡。同时所提方法能够增大VSC直流端口的容性阻抗,增强直流系统的惯性,提升母线电压抗负载波动的能力。最后,仿真验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

孤岛下虚拟同步发电机并联功率分配控制策略

微网系统中,如多台并网逆变器采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并联时,线路阻抗的差异将会导致无功功率无法正确按比例分配,甚至产生无功环流。虚拟阻抗法是目前公认最简单有效的功率分配策略,但其加入会导致电压控制精度的下降。基于此问题,本文对孤岛模式下的微电网系统提出采用VSG定子方程虚拟阻抗的无功功率均分策略,并结合自适应虚拟感抗与虚拟容抗相结合的控制方案,在保证有功、无功功率均分精度的同时,减小电压的跌落程度,并与常规的虚拟阻抗方法进行了对比分析。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真分析,结果表明所提控制策略对于功率均分精度和电压控制精度具有很好的控制效果。     

微网孤岛模式下负荷分配的改进控制策略

考虑到微网线路阻抗呈阻性引起有功和无功之间存在强耦合,在孤岛模式下,采用传统V/f下垂控制策略不能有效地实现分布式电源输出功率随着负荷功率变化而变化,为实现负荷功率的合理分配,提出采用坐标旋转的虚拟功率V/δ下垂控制策略。该策略由于采用正交线性旋转变换矩阵,实现了功率的解耦,并且增加了功率输出限制反馈环节修正项和微分环节修正项,有效地跟踪负荷功率的变化,确保负荷的合理分配。通过对微网孤岛运行模式下增/切负荷或退出某一分布式电源进行Matlab仿真分析,验证所提出控制策略的可行性。     

基于自适应虚拟同步发电机系统的微网逆变器控制策略研究

考虑到分布式能源并网后对电网系统带来的高渗透率影响,加之传统的并网逆变器不具备旋转惯性的优势,这会增加系统的运行风险.结合风电场多端直流输电系统,提出了一种基于自适应虚拟调速器功能的自适应虚拟同步发电机控制策略.结合虚拟同步调速器模块,建立了具有惯性响应和一次调频能力的虚拟同步发电机控制策略.但考虑到分布式电源的波动性和间歇性特点,在长期运行过程中,功率供需不平衡将会导致储能设备的荷电状态超过安全运行范围.基于此,将根据荷电状态调整下垂系数的方法拓展到基于虚拟调速器VSG控制之中.通过引入自适应下垂特性的概念,使用平移下垂特性的方法对VSG控制做了进一步改进,改进后的VSG控制减少了对系统稳定性的影响,更有利于实现有功功率的合理分配与荷电状态的快速调整.通过Matlab/Simulink工具建模仿真,且仿真结果验证了所提控制策略的合理性.