光储柴独立微电网中的虚拟同步发电机控制策略

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统组成的独立微网,提出一种适合微网在孤岛模式下稳定运行的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型,并分析其输出电压和转速的阶跃响应特性;其次,在充分考虑DGS和VSG不同控制特性的基础上,提出一种适应独立微网分层协调控制的改进型VSG策略;然后,在基本VSG控制器中增加虚拟阻抗环节,灵活实现对微网谐波的抑制;最后,建立一套包含2台100 k V·A VSG及1台440 k W DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

孤岛微网中VSG并联运行功率精确分配控制策略

孤岛微网中,使用VSG控制策略控制逆变器,可以有效增加系统惯性与阻尼,提高孤岛微网系统稳定性。多VSG并联运行时不能按下垂系数精确分配无功功率。针对此问题,本文提出了一种基于分布式二次控制器的电压补偿策略。通过分布式二次控制器获取各VSG无功功率值,根据所需无功功率大小,自适应调整VSG定子电抗值,间接控制逆变器无功出力实际值,达到无功功率精确分配的目标。此控制策略不需要线路阻抗信息,在网络通讯故障的情况下仍具有较强鲁棒性,且在实际应用中可降低对通信网络带宽需求。同时给出了并联运行VSG参数匹配方法。最后在Matlab/Simulink中搭建了三台VSG并联仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

一种基于虚拟同步发电机的多逆变器微电网频率无差调节策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)在增强微网稳定性的同时,能克服微网中电力电子装置并网给电网带来的冲击,受到了广泛关注。现有的VSG中的有功频率控制,在微网离网运行时,将存在频率偏移,这将会影响到微网中频率敏感负荷的稳定运行。因此提出了一种VSG的频率无差调节方法,将VSG所产生的频率偏差量叠加到VSG的有功频率控制环中,消除了微网的频率偏移。针对含多个VSG并联运行的微网,各VSG不需要通信,独立参与微网频率无差调节。同时,还能根据VSG额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行的能力。最后搭建三台VSG并联仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

改善独立微网频率动态特性的虚拟同步发电机模型预测控制

随着分布式能源在独立微网内的渗透率不断升高,系统惯量水平逐渐降低。虚拟同步发电机(VSG)由于能够模拟惯量,对系统频率的动态变化具有一定的阻尼作用,已逐步应用于微网中。针对新能源出力波动或负荷投切等导致微网内瞬时功率失衡,进而引起系统频率振荡甚至超过安全约束的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的VSG控制方法。建立了以频率变化率为约束,以频率偏差和VSG出力加权值为优化目标的预测模型。设计了根据系统频率及VSG输出电压—电流等物理量,利用预测模型计算所需功率增量,并据此改变VSG输入功率设定值的整体控制策略。同时,给出了预测模型的求解算法,并对算法收敛性进行分析,为关键参数的选取提供了依据。通过独立微网内负荷投切和分布式电源出力波动等典型工况下的仿真,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于P/ω“导纳”的并联虚拟同步机功频响应建模与分析

针对现有P/ω"导纳"模型仅考虑了负载扰动和虚拟同步发电机(VSG)有功功率响应而未考虑VSG有功指令输入和角频率响应的情况,建立多VSG并联系统的拓展P/ω"导纳"模型。当各台VSG参数匹配时,其P/ω"导纳"成比例关系,进一步推导出两个关键性结论:在负载扰动情况下,各台VSG的有功功率响应直接进入稳态过程,而角频率动态响应特性与任一VSG在单机离网模式下的响应特性相同;在有功指令值输入情况下,各台VSG的有功功率动态响应特性与任一VSG在单机并网模式下的响应特性相同,角频率动态响应由任一VSG单机离网和并网模式下的响应特性共同决定。仿真实验结果与理论分析相吻合,表明该模型能够全面而精确地刻画并联VSG系统的功频响应特性。     

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。     

虚拟同步机在基于内燃机的孤岛微网中的应用

内燃机由于动态响应速度较慢,在负载突变时其输出电压频率变化幅度较大,影响负荷的正常工作和系统的稳定运行;另外,现有的内燃机与虚拟同步机(VSG)组成的混合微网在主电源变化时,VSG逆变器需进行控制模式切换。针对此问题,在分析了内燃机模型及动态特性的基础上,提出了基于VSG与内燃机孤岛微网协调控制策略。VSG不仅可在动态过程中快速补偿微网输入和输出的不平衡功率,从而抑制频率的大幅波动,当内燃机退出运行时,VSG可作为主电源独立支撑微网电压和频率,且无需进行控制模式的切换,提高了系统的稳定性。     

基于混合储能的孤岛微网VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)控制策略中改变惯性系数会引起系统不稳定的问题,提出基于混合储能无需改变惯性系数的控制策略。首先,在常规VSG控制策略基础上,将负荷或可再生能源波动量经一阶高通滤波器滤波后作为常规VSG额定功率的附加量。其次,利用VSG直流端接入的蓄电池提供下垂功率,超级电容器提供虚拟惯性功率和额外引入的惯性功率,改善微网的频率动态特性。然后,引入与超级电容器荷电状态和额外惯性功率相关的出力系数,实现超级电容器的自适应控制,在惯性强化过程中优化超级电容器荷电状态。最后在Matlab/Simulink中搭建了以VSG为逆变器控制接口的孤岛微网,通过在不同负荷、光照强度和超级电容器荷电状态下进行仿真,验证了所提策略的有效性。     

虚拟同步发电机及其在多能互补微电网中的运行控制策略

针对西藏措勤县微网示范电站具有光伏、风电以及水电等在内的多能互补微网特性,研究并提出可以灵活实现微网组网的虚拟同步发电机(VSG)控制策略,讨论了多能互补微网系统各单元的组成及其控制,阐述了VSG的原理与系统建模,研究并分析了系统运行中光电站独立供电模式、光伏电站与水电站联合供电模式以及两种模式间的无缝切换策略,通过该微网的运行考核验证了所提控制策略的可行性与有效性。结果表明,所提的VSG控制策略具有较好的有功、无功均分性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提升微网的供电质量与稳定运行能力;此外,还能满足微网不同运行模式之间的无缝切换。     

多微源独立微网中虚拟同步发电机的改进型转动惯量自适应控制

多微源独立微网中,传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制可改善频率响应特性,但无法兼顾功率和频率的动态调节性能。针对此问题,提出一种改进的转动惯量自适应控制(improved adaptive control of inertia,IACI)。首先,在同步旋转坐标系下建立VSG数学模型,并分析转动惯量对VSG输出特性的影响;其次,在VSG控制的基础上通过在转动惯量控制中引入频率变化量形成VSG转动惯量自适应控制,并给出频率跟踪系数、转动惯量和阻尼系数等参量的整定方法;最后利用Matlab/Simulink对比VSG控制和IACI控制在VSG并入微网和负载扰动条件下的有功和频率响应曲线,在由两台1k W的VSG组成的独立微网实验平台上进行实验验证,结果表明所提控制策略可避免VSG并入微网过程中的有功振荡,且可以有效优化频率响应曲线。