基于虚拟阻抗的储能微网VSG控制策略研究

目的  为了使储能微网并网变流器（Power Conversion System, PCS）具备同步发电机一样的旋转、励磁特性,提出一种在储能微网并网PCS控制系统中采用虚拟同步机（Virtual Synchronous Generation, VSG）控制策略。 方法  针对传统VSG不具备低电压穿越（Low Voltage Ride Through, LVRT）能力,文章构建VSG虚拟阻抗无功控制环节,实时修正电压控制输入信号,提高系统暂态压降支撑能力;为了得到虚拟阻抗的幅值及阻感比,将LVRT工况分为线路对称和不对称短路障,研究正、负序电压、电流,得出虚拟阻抗参数。 结果  为了验证所提控制策略的性能,通过Matlab/Simulink进行仿真,设置仿真工况为：储能微网外接输电线路分别发生三相接地和单相接地故障。 结论  仿真结果表明：将虚拟阻抗引入VSG控制系统中,可以提高短路情况下储能微网并网PCS输出电压,起到LVRT期间电压暂态支撑作用,使储能微网具备LVRT能力,可为实际应用提供指导。     

提高暂态响应的微网孤岛模式下新型功率均分控制策略

孤岛模式下,微网中并联的逆变器通常采用功率均分的下垂控制策略,但该策略暂态响应较慢。文章针对此问题,设计了一种新型控制策略。首先,对传统的功率均分下垂算法进行分析,设计了虚拟电阻回路,并用锁相环代替了下垂控制回路,克服了传统下垂控制暂态响应慢、设计复杂和稳定裕度有限等缺点。该策略在线路阻抗对称和不对称时,都具有很好的负载均分能力。最后,搭建了小功率微网试验平台,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

多DG并网系统基波阻抗辨识研究

提出一种并网逆变器基波线路阻抗的精确检测策略,该方法不但考虑到各分布式发电单元(distributedgeneration,DG)到公共耦合点(point of common coupling,PCC)的线路阻抗,还可分析PCC到主电网的线路阻抗和电网阻抗(电网等效阻抗)。该方法在虚拟单机等效模型的基础上,结合并网逆变器的下垂控制,通过给参考电压施加扰动,检测出系统中电压和电流变化量,通过分析线路阻抗和电网等效阻抗相关的电压回路方程获取阻抗参数。仿真和实验验证该策略的正确性和可行性。     

基于自适应虚拟阻抗的分布式电源并联控制策略

当传统下垂控制策略应用于低电压微电网分布式电源并联系统时,其等效输出阻抗易受线路阻抗的影响而呈阻性,致使无功功率不能完成精准分配,破坏微电网系统的稳定性。因此,分析了低电压微电网系统的等效输出阻抗,并提出将自适应虚拟阻抗添加到电压电流双闭环控制方法,结合下垂特性可实现无功和有功功率的解耦,还能对产生的环流进行有效抑制;又利用CAN通讯技术通过引入电压补偿信号在线监测无功功率分配,以提高各分布式电源无功功率的分配精准度。最后通过在仿真平台建立两台逆变器并联运行模型,验证了该方法的可行性和稳定性。     

基于SVM的微网控制策略研究

在对微网控制方法的现状分析基础上,结合微网共有的简单结构特点,提出了一种基于SVM的控制策略,将微网控制问题抽象为模式识别问题,通过选择参数、训练模型、在线判断、采取措施,实现对微网的实时控制.通过仿真模拟一个简单的6节点算例,验证了该策略的准确性和时效性.     

基于不同控制策略的微网仿真

考虑微网系统建设成本和运行的灵活性、可靠性,对微网建设初期的接线方案进行了选择.研究了2种微源控制方法,基于微源的不同控制原理建立了微网系统仿真模型,针对计划孤网和非计划孤网中的下垂控制和混合控制进行了仿真分析.仿真结果验证了微网计划孤网的稳定性和孤网控制方法的有效性.任何控制方式下微网再并网时,均需对各微源出力进行重新调整,才能保证微网运行模式的平滑过渡.     

含有虚拟阻抗的微源逆变器微网小信号稳定性分析

微网渗透率升高使微网系统惯性减小,受到扰动之后微网易发生振荡失稳。文章引入虚拟阻抗,提出一种适用于低压微网的改进型下垂控制,减小线路阻抗的影响。在此基础上建立微网系统的小信号模型,通过计算系数矩阵特征根的形式判断系统的稳定性,并在Matlab/Simulink软件中搭建相应的模型,通过时域仿真图判断系统的稳定性。     

基于功率交互和充放速率优化的交直流混合微网控制策略研究

针对具有间歇性和波动性的风光分布式微源,为保证微电网电能质量具有较高的可靠性和稳定性,建立具有燃气轮机和混合储能系统的交直流微网结构并提出一种新型的功率分配策略,可增强微网孤岛运行的灵活性。该控制策略将系统总功率差额进行滤波后采用蓄电池承担负载瞬间波动功率的低频分量且对其功率吞吐速率进行优化控制,蓄电池并维持母线电压的稳定;超级电容提供其差值功率,同时系统能量平稳后由蓄电池承担超级电容产生能量的盈亏,时刻维持其电压初始状态,实现储能间的功率交互并且可有效降低对其配置设备容量的要求。分析混储系统无法长期运行时与燃气轮机的协调控制情况。最后,通过Matlab/Simulink混合储能交直流微网的算例仿真,验证所提能量管理方案的可行性和控制策略的有效性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于改进下垂控制策略的微电网无功均分研究

由于分布式电源自身容量、线路阻抗不同等原因,在并联系统中采用传统下垂控制策略,不仅会造成各微源不能按照相对应的下垂系数进行无功功率均分,也会影响电能质量,为此提出一种基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略,首先分析了功率均分机理及影响因素,在此前提下通过引入虚拟阻抗削弱系统中的功率耦合关系,同时对电压和频率进行调节,从而实现系统的功率均分并保障电压与频率的稳定输出;最后在Matlab/Simulink环境中验证了该控制策略的可行性与有效性。该改进策略保证了有功负荷与无功负荷在各分布式电源间的合理分配,提高了能量利用率与系统稳定性。     

基于桥臂虚拟电压的MMC-MG相间功率平衡控制策略

针对孤岛运行模块化多电平变流器半桥串联结构微电网（modular multilevel converter microgrid,MMC-MG）各相微源输出功率差异引起的三相功率不平衡问题,提出了一种相间功率平衡控制策略。介绍了MMC-MG基本拓扑结构以及三种相间功率传输模式,建立了系统三相输出功率数学模型,并阐述了采用环流直流分量控制相间功率传输的原理。设计了基于桥臂虚拟电压的环流直流分量控制器,并将其输出信号作为功率平衡控制量叠加于各桥臂调制信号以实现相间功率平衡。通过各相微源输出功率及负载功率得到环流直流分量参考值,并根据各相发电单元储能装置的荷电状态对其补偿。仿真及实验结果表明：所提出的控制策略能根据各相微源输出功率实现相间功率平衡,且对系统输出电压及频率没有影响;相比于普通三相微电网,MMC-MG可通过环流控制实现相间功率平衡,而无需额外的功率平衡设备。     

基于电流预测的微网下垂控制策略研究

针对微网孤岛模式下逆变器输出阻抗差异性导致功率分配不均的现象,提出一种基于电流预测的下垂控制策略。基于逆变器输出电流变化,建立电流预测模型,采用模型预测控制方法预测电流并优化控制参数,有效减小微网孤岛模式下由于负荷扰动造成的电压、频率振荡。通过仿真计算验证了所提出的电流预测下垂控制策略的正确性和有效性。     

火电机组多机微网多工况控制策略及仿真建模研究

为解决现有火电机组控制策略在微网运行下不能完全适用的问题,本文以3台350MW火电机组在微网中运行为例,对微网运行进行分析建模。结合机组微网运行特性,提出了放开一次调频上下限、增加无差调频回路以及OPC动作逻辑改进等措施,并进行了模拟仿真。仿真结果表明,当火电机组在微网运行时,与现有控制逻辑相比,上述改进措施在机组负荷发生较大波动时可有效保持网频的稳定。本文可以为火电机组微网运行控制策略优化提供参考。     

含可再生能源的多微网系统负荷频率控制策略

为解决多微网之间频率控制问题,考虑多级能源参与调控的特点,提出了含可再生能源的多微网系统负荷频率控制策略。分析了多微网系统的运行特点,建立了光伏、生物质能发电、柴油发电机、储能系统、风电的频率模型,并阐述了多微网系统联络线功率偏差控制原理。分析了多微网频率控制策略,提出基于模糊逻辑的PIDN控制方法,利用改进正余弦优化算法对控制模型进行求解。在仿真系统中进行了算例分析,对比传统PID控制验证了文章所提方法的有效性。     

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。     

基于功率轨迹预设的双馈风电机组虚拟惯量控制策略

传统虚拟惯量控制的双馈风力发电机组参数设置不当将面临风机失速的风险,且风机有功出力的瞬时下降可能引起频率的二次跌落。为此,提出一种改进虚拟惯量控制策略,基于系统频率最低点产生时刻,设定频率有功出力维持时间,减小不必要的转子动能释放;转速恢复期间有功出力随时间缓慢减少至风机最大功率跟踪点,减小频率二次跌落。最后,基于EMTP-RV仿真平台搭建高比例风电联网调频电力系统,验证了在不同变风速场景下改进方法的有效性和优越性。     

基于附加功率的虚拟同步发电机功角稳定优化控制策略

基于等面积定则分析了故障过程中VSG的暂态响应,指出适当减小加速过程中的加速面积和增大最大可能减速面积,可提高VSG暂态稳定性。在此基础上,提出一种附加功率的暂态优化控制策略,该策略在VSG的有功-频率控制模块中引入与功角偏差成比例的附加功率项,稳态时不影响VSG正常运行,故障发生时,可增大暂态过程中虚拟同步发电机等效输出有功功率,减小加速面积,增大最大可能减速面积,提高系统暂态稳定性。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了所提策略的正确性。     

基于虚拟电阻的微网下垂控制方法

针对微网下垂控制中虚拟电抗和虚拟电阻存在的不足,利用虚拟电阻可使所有逆变器的输出阻抗呈阻性的特点,将虚拟电阻与P-V、Q-f下垂控制相结合用于微网中,并通过搭建Matlab仿真模型,比较了虚拟电抗和虚拟电阻的效果。结果表明,虚拟电阻与P-V、Q-f下垂控制相结合适用于微网,同时与虚拟电抗相比,虚拟电阻可减小谐波含量。     

负荷不对称情况下的微网逆变器电流均分控制

由于低压微电网中负荷多以单相的形式出现,易出现三相负荷不对称而造成三相电压的不平衡,从而影响微网中的逆变器控制。在微网系统中三相负荷不平衡的情况下,对微网逆变器的控制和不平衡电流的均分控制进行研究。首先分析微网中在负荷不对称情况下的锁相和负序分量的提取方法,然后设计相对应的微网逆变器电压电流环,分析负序电流的均分条件,并提出一种基于微网中央控制器(MGCC)进行负序电流分配的逆变器负序电流均分控制方法,通过仿真和实验验证所提方法的有效性。     

基于MIC反馈的直流微网无差控制策略研究

针对直流微电网中内部功率不平衡和下垂控制策略具有电压偏移的问题,文章提出了基于MIC(Micro Increment of Current)反馈的直流微网无差控制策略。该策略底层控制以直流母线电压为载体,混合储能采用分段下垂的方式,实现了母线电压的相对稳定,同时以电流微增量MIC信号为内环控制的反馈项,通过周期性更新MIC参考值控制储能系统的实际输出电流,使直流母线电压稳定在额定值。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。