基于相位跳变补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型(grid-forming,GFM)逆变器控制技术之一，在提升电网的惯量、支撑电压等方面发挥巨大作用，但目前针对VSG短路故障的低电压穿越(简称“低穿”)控制策略的研究亟需进一步完善。在电力系统中，短路故障的发生与切除均会导致电网的拓扑结构随之改变，进而造成VSG并网点电压幅值与相位跳变。针对这一问题，该文分析了故障时幅值、相位跳变对常规低穿控制策略的影响，提出一种基于幅值切换与相位补偿的VSG改进低穿策略。该策略分别从幅值与相位两个角度对逆变器端口电压进行调控，能够实现低穿期间的过流抑制及功率输出的快速稳定。此外，该文针对故障恢复时同样存在并网点电压相位跳变问题，为抑制此时电压跳变对逆变器造成的过流冲击等问题，分析了VSG改进低穿策略在故障恢复期间的适用性；在此基础之上，进一步利用辅助控制实现低穿控制策略的平滑退出，恢复VSG正常控制状态。最后，利用MATLAB/Simulink仿真验证所提策略的有效性。     

VSG低电压穿越的特性分析及控制方法研究

虚拟同步发电机（VSG）为风电、光伏等可再生能源提供了一种友好的并网方式。然而,常规VSG在电网电压跌落后易出现过流问题而退出运行。该文基于VSG的典型模型对其在电网电压对称故障后的动静态特性进行了分析,并提出一种改进的低电压穿越控制方法。所提方法在并网情况下切出VSG的无功－电压控制环节,通过有功和无功功率的协同控制避免VSG在电网电压跌落后的稳态过流,并引入基于最大故障相电流的时变虚拟阻抗以抑制VSG在电网电压跌落和恢复时刻的瞬态故障电流。基于Matlab/Simulink构建了VSG并网仿真模型,验证了VSG在电网故障后特性分析和低电压穿越控制方法的有效性。     

虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制

电网电压跌落容易使可再生能源机组并网逆变器产生功角失稳与过电流现象,对系统安全稳定运行产生不利影响。对传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generators, VSG)控制策略进行改进,提出了一种虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制策略。首先,利用等面积定则分析了电网电压跌落和恢复后VSG功角变化机理。其次,详细阐述了虚拟阻抗的无功干预机制与限流原理。然后,提出在电网电压跌落期间对传统VSG功率控制环节实施悬停控制以利于实现功角稳定,并对电压跌落与恢复的不同阶段限制过流所需虚拟阻抗值提出了明确计算方法。最后,利用RT-LAB实时仿真实验平台搭建了10 kW可再生能源并网机组,对不同电压跌落程度下的低电压穿越控制效果进行分析,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

基于全通滤波器的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

传统的虚拟同步发电机(VSG)不具备低电压穿越能力,在电网电压跌落时难以保持其同步性,造成电流越限及设备脱网,为此提出一种基于全通滤波器(APF)的VSG低电压穿越控制方法。结合APF的工作原理提出在电网电压故障时如何获取准确的频率、相位信息。在此基础上设计了VSG低电压穿越的具体方法,利用阻尼转矩保证转子运动的稳定性,同时增加电网电压偏差反馈防止有功功率指令的突变及释放无功电流,使得VSG在电压跌落时保持了同步性且保证了输出电流的平稳过渡,实现了VSG在不同故障下的低电压穿越。     

基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可实现分布式电源友好并网。然而,传统的VSG控制不具备低电压穿越能力,在电网电压暂降时难以提供无功支撑,且容易发生输出电流幅值越限。为此,提出一种基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法。首先结合传统低电压穿越控制的数学模型,分析了其与VSG平衡电流控制之间的关联以及两者在切换时存在的问题;在此基础上,设计了VSG低电压穿越控制的整体方案,利用VSG平衡电流控制无差跟随的特点实现了控制模式的平滑切换,使得VSG在电压跌落过程中,其控制信号可很好地跟随电流指令参考值。该方法能够避免故障恢复时由于控制模式突变造成的暂态电流冲击,实现VSG在不同工况下的低电压穿越。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

电压跌落下虚拟同步发电机故障穿越控制

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)传统平衡电流控制在电压发生跌落时无法实现穿越问题,提出一种满足VSG平衡电流控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through, LVRT)控制策略。分析了VSG传统平衡电流控制基本原理以及在电压跌落时无法实现穿越的原因。在此基础上,提出一种限功率给定的控制方案。按照传统LVRT电流指令计算出功率给定值,在维持VSG机械惯性属性不变的前提下,通过减小无功环惯性系数和维持有功功率差额以改善系统对称故障时无功输出速率和有功调节时间,引入相位调节控制消除了故障解除瞬间系统功率失稳问题。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

自适应正负序复合控制的VSG低电压穿越策略

为了解决分布式新能源渗透率提高带来电网的系统等效阻尼和惯性降低的问题，一些学者提出了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略。为了能够抑制电网电压不对称跌落时电网电流中的负序分量，VSG多采用基于两相旋转坐标系下d-q轴的正负序复合控制；但是正负序分离的延时恶化了故障发生和恢复时VSG输出电流的过渡过程，造成VSG过流风险增加。针对此问题，文中首先分析了电网电压对称和不对称跌落故障时电网电压等效幅值波形的特点，并据此提出了一种自动识别出故障类型,实现自适应正负序复合控制的VSG低电压穿越策略，不仅能抑制不对称故障时输出电流中的负序分量，还减小了正负序分离的延时影响和VSG出现暂态过流的可能性，使故障发生和恢复时VSG输出电流的过渡过程更加平滑。最后通过搭建仿真系统验证了文中所提方法的可行性。     

基于虚拟功率的虚拟同步发电机预同步控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过模拟同步发电机的外特性,有效缓解了可再生能源并网造成的惯性下降问题,但存在并网瞬间冲击电流大的问题。为解决该问题,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略。首先,通过控制虚拟功率为零来实现逆变器输出电压与电网电压的相位与幅值一致,同时无需锁相环节,简化了控制算法,提高了预同步过程的动静态性能。其次,对有功-频率控制器和无功-幅值控制器进行改进,提高了预同步控制精度。最后,通过实验验证了所提预同步控制策略的有效性。     

虚拟同步发电机的LVRT能力研究

虚拟同步发电机(VSG)控制实现低电压穿越(LVRT)中存在的主要问题是:故障期间VSG模块反馈功率发生变化,其输出失衡,导致逆变器与电网电压之间相位不断偏移,严重影响故障恢复过程。针对上述问题,提出一种故障期间保持VSG模块输出恒定并提供一定功率支撑的控制策略,以实现故障解除后系统快速恢复。仿真和实验均验证策略的可行性与有效性。     

基于虚拟同步机的三相整流器低电压穿越控制

以直流电压为控制目标对基于虚拟同步机(VSG)的三相整流器进行了小信号建模分析,并基于VSG下垂控制方法提出了一种三相电网电压等幅跌落下的低电压穿越控制方法,有效实现了系统在低电压穿越控制模式与下垂控制模式间的无扰切换,从而保证了电网电压的稳定与负载的正常运行.仿真和实验结果验证了控制策略的正确性.     

基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制

虚拟同步发电机(VSG)能够实现新能源机组友好并网。然而,传统的VSG技术主要适用于电网电压平衡工况,这使得VSG在电压不平衡情况下面临输出电流不平衡及过流等问题,为此提出一种基于动态电压补偿的VSG平衡电流控制架构及方法。通过负序电流抑制和峰值电流抑制策略,分别生成对应的补偿电压,使得VSG在电压不平衡时仍能输出平衡电流,且可抑制电网电压跌落瞬间的暂态冲击,以及确保稳态运行时的电流不超过安全阈值。同时,所提控制方法并未改变VSG等效为电压源的属性,保留了VSG的电压支撑能力。不同工况下的仿真测试结果验证了所提出控制方法的正确性和有效性。     

对称电压暂降情况下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制思想是通过模拟传统的同步发电机的输出特性来提升分布式电源(Distributed Generation,DG)对电网的友好性。但是,传统的VSG不具备在电网故障情况下抑制故障电流的能力,同时也无法提供无功支撑。文中针对该问题,建立VSG模型,分析电网电压对称暂降过程中的VSG的行为。提出了一种适用于电压暂降故障的含有无功补偿功能的VSG控制策略,能够保证故障期间VSG输出不过流,故障瞬间和故障清除瞬间无暂态电流冲击并输出最大无功功率。并给出了限流控制方法的原理分析和具体参数整定原则。最后通过仿真验证了所提的控制策略的正确性和可行性。     

适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略

双馈感应发电机(DFIG)虚拟同步控制策略可使DFIG为电网提供频率与电压支撑,改善其并网特性。现有虚拟同步控制策略的主要目标是模拟同步发电机机电动态特性,未深入探讨电磁暂态过程中如何对DFIG进行控制。分析了电网发生不对称故障时,基于虚拟同步控制的DFIG的故障特性;得出了现有虚拟同步控制策略难以抑制DFIG故障电流与电磁转矩振荡的结论。在此基础上,提出了一种适用于电网不对称故障的DFIG电压补偿虚拟同步控制策略,该策略通过补偿转子电压的故障分量来改善DFIG转子电压的响应速度,抵消或削弱转子反电势故障分量的影响。仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提出策略的控制效果,验证了所提策略能够显著降低DFIG转子故障电流,抑制电磁转矩的暂态冲击与持续振荡,有效提高DFIG不对称故障穿越能力。     

基于虚拟同步机的并网逆变器不平衡电压灵活补偿策略

电力电子设备大量地接入电网,给电网带来了系统惯量和阻尼降低等问题。为了提高不平衡电网频率稳定性和改善电网电压的电能质量,提出了基于虚拟同步机的不平衡电压灵活补偿控制策略。通过采用虚拟同步控制,在电网频率波动时提供有功功率支撑,提高电网频率稳定性。通过采用负序电压前馈补偿,抑制公共连接点不平衡电压,改善电能质量。通过建立不平衡电网下的虚拟同步机模型,提出采用电压前馈的不平衡电压抑制策略。进而,分析了采用电压前馈补偿策略的控制性能,研究不平衡电压补偿系数的设定方法。提出的控制方法可根据电网电压不平衡度的控制目标和设备剩余容量自动地调整不平衡电压补偿系数,实现不平衡度灵活调节。最后,通过仿真结果验证所提控制策略的正确性和有效性。     

基于改进虚拟同步发电机控制技术的低压微电网功率分配策略

低压微电网中,采用虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）策略控制多台逆变器并联运行时,由于线路阻抗差异较大,无法实现输出功率的按容量精确分配。针对这一问题,文章提出一种改进的VSG控制技术,在无功电压控制环中引入公共点电压反馈和积分环节,消除线路阻抗对无功分配的影响;并在虚拟阻抗环引入无功功率反馈,根据系统运行情况实时调整虚拟阻抗的阻值。在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型,仿真结果表明,所提改进控制策略实现了有功和无功功率的精确分配,降低了逆变器输出电压幅值跌落,并且具有较强的鲁棒性。     

基于微分补偿环节虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略

针对常规基于一阶环节虚拟惯性的虚拟同步发电机(VSG)并网运行时输出功率控制动、稳态特性存在矛盾的问题,提出了基于微分补偿环节虚拟惯性的VSG控制策略,该控制策略在常规VSG控制结构前向通道加入微分补偿环节,从而在保证输出功率稳态控制精度的同时,加快了动态功率响应速度,增加了系统阻尼,有效减小了储能单元动态过程的功率冲击。仿真和实验验证了所提方案的有效性。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)可通过虚拟同步控制方法为电网提供电压及频率支撑,优化机组并网特性。传统的虚拟同步控制技术以模拟同步发电机机电动态特性为主要目标,未对电磁暂态的DFIG控制进行深入分析。当电网发生不对称故障时,分析虚拟同步控制DFIG的故障特性,发现传统控制方法无法抑制电磁转矩振荡与DFIG故障电流。因此,基于电网不对称故障,本文提出DFIG电压补偿虚拟同步控制方法,通过对转子电压故障分量进行补偿,提高DFIG转子电压响应速度,减少其反电动势故障分量。通过对传统及电压补偿虚拟同步控制方法控制效果的仿真对比可知,电压补偿虚拟同步控制方法可对电磁转矩的持续振荡及暂态冲击进行有效抑制,明显降低了DFIG转子的故障电流,提高了DFIG不对称故障穿越能力。     

高速永磁同步风电机组低电压穿越的研究

研究高速永磁同步风电机组的控制策略,提高其低电压穿越能力。在Matlab/Simulink环境下构建了背靠背双PWM变流器并网的高速永磁同步风电机组仿真模型。模拟了发电机和变流器在电网电压跌落30%(0.6s),60%(2s)时的运行情况。仿真结果表明,高速永磁同步发电机机组功率跟踪良好,在电网电压跌落时对电网提供无功支持,具有较强的低电压穿越能力。