提高并网逆变器在弱电网下稳定性的虚拟阻抗附加相角补偿控制

在LCL型并网逆变器中,为了减少传感器的使用,并网电流反馈的闭环控制得到了广泛的应用。然而一方面LCL型并网逆变器自身存在谐振现象,从而限制了电流控制器的设计;另一方面,由于弱电网中电网阻抗的存在,使该控制性能下降,对系统稳定产生不利影响。针对上述问题进行改进：一是采用特定的并网电流反馈有源阻尼控制器来虚拟电网侧的串联阻抗,即基于有源阻尼的虚拟阻抗法来抑制谐波尖峰;二是采用相位超前补偿的方法,增大逆变器输出阻抗的相角,极大地减少不稳定区域。保证了当电网阻抗变化时,该系统仍具有较强的稳定性。最后在MATLAB/Simulink上进行仿真,验证了所提方法的有效性和可行性。     

虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。     

弱电网下并网逆变器的阻抗相角动态控制方法

由于大功率分布式发电装置散落分布,电网表现出弱电网特性,电网阻抗会影响并网逆变器的稳定性,使并网电流发生谐波振荡,甚至系统失稳。首先建立了LCL型单相并网逆变器的输出阻抗数学模型,通过阻抗分析方法研究了弱电网工作条件下并网逆变器的稳定性;然后基于系统相角裕度动态补偿控制思路,提出了一种并网逆变器的阻抗相角补偿控制策略,给出该阻抗相角动态控制策略的具体实现方法与参数设计过程,并定量分析了锁相环、数字控制延迟与阻抗相角补偿控制对逆变器输出阻抗数学模型的影响,以及阻抗相角补偿控制策略对逆变器并网电流基频相位的影响;最后结合脉冲响应法在线测量电网阻抗,设计阻抗相角动态控制方案,通过实验对该方案的有效性进行验证。     

基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析

虚拟同步发电机VSG（virtual synchronous generator）由于能够模拟同步发电机的运行特性而受到日益关注。通常而言,VSG通过下垂控制自动独立调节频率和电压,存在有功功率和无功功率易发生耦合振荡等问题,而虚拟稳态同步阻抗方案是一种能够通过调整逆变器输出阻抗特性从而抑制功率耦合振荡的有效方案。首先,介绍了基于虚拟稳态同步阻抗VSG控制策略的基本原理,分析了该方案下的VSG输出阻抗特性,发现该方案下的输出阻抗可由设定的虚拟稳态同步阻抗决定,与逆变器自身的滤波器和闭环控制器等参数无关;然后,通过建立逆变器小信号模型,得出了虚拟稳态同步阻抗可以增加VSG系统低频域特征根阻尼比,有效抑制功率耦合振荡的结论;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了基于虚拟稳态同步阻抗的VSG控制策略理论分析的正确性。     

提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的虚拟阻抗方法

随着分布式电源并网功率等级的增加及接入位置的广泛分布,电网越来越表现出弱电网的特性,即含有较大的电网阻抗和丰富的电网电压背景谐波。其中,电网阻抗会改变控制环路的增益,影响其控制性能,甚至可能导致系统不稳定,而电网电压背景谐波会引起并网电流的畸变,使其无法满足并网电流谐波标准。由于逆变器的输出阻抗模型能够同时反映控制系统对电网阻抗的鲁棒性及对电网电压的抗扰性能,因此,该文通过揭示它们之间的关系,提出采用虚拟阻抗的方法对输出阻抗进行校正,并给出虚拟阻抗的实现过程和参数的设计方法。采用该方法可使得逆变器在电网阻抗宽范围变化时仍然能够稳定工作,同时保证并网电流满足谐波标准。以单相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了控制策略的有效性。     

基于SVG主动调控的弱电网下VSG并网系统稳定性提升方法

大规模新能源并入电网在实现电力系统环保、经济、可持续发展目标的同时,也改变了传统配电网的潮流模型、运行模式,产生了大量与设备有关的运行及稳定性问题。并且,由于新能源设备即插即用的特性,大量的设备集中在输配电系统的末端,导致电网相对强弱的降低,进一步加剧了新能源并网设备稳定运行的风险。现有的解决方法多通过对新能源并网设备自身的参数以及附加控制环节的调节来实现其并网稳定性的提升,但此类方法并未充分考虑到系统相对强弱对参数及控制的影响,且在实际工程中应用时具备较多不确定因素。基于此,提出利用新型配电网既有设备参与系统调控的思路,以弱电网背景下的静止无功发生器（static var generator,SVG）与虚拟同步机（virtual synchronous generator,VSG）并联系统为研究对象,探索SVG参与VSG并网系统稳定性提升的可行性。从弱电网下VSG并网系统失稳机理分析出发,研究SVG对弱电网VSG并网稳定性提升的作用机制,且为了更精准地实现弱网下的稳定性提升,提出适用于弱电网下VSG并网系统稳定系提升的SVG主动调控策略,并最后利用仿真与实验进行验证。     

弱电网下基于谐波状态空间模型的光储-虚拟同步发电机稳定性分析与优化控制研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术因提供阻尼和惯量而被广泛用于新能源并网逆变器。光储并入弱电网易发生频率耦合等问题,因而VSG并网稳定性分析变得更加复杂。针对光储并入弱电网系统,考虑频率耦合,在dq域中建立基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)理论的多时间尺度虚拟同步发电机模型。采用归一化参数灵敏度分析法,揭示功率环、电压环和低通滤波中虚拟惯量J、虚拟阻尼Dp、下垂系数Ku、比例系数kpu和截止频率ωc等关键控制参数根轨迹的特性和电网强度对系统稳定性的影响。并通过调整优化控制参数,提高系统稳定性。最后在Matlab/Simulink仿真平台验证谐波状态空间模型精确度和关键参数根轨迹特性。     

基于模糊PI自适应虚拟阻抗的VSG并联控制策略*

针对微电网多VSG并联运行时,各虚拟同步发电机与负荷之间的线路阻抗不一致,导致并联逆变器端口电压不同,进而引发功率环流的问题,提出了一种VSG并联系统控制方法,设计了基于模糊PI控制的自适应虚拟阻抗模块来快速补偿并联逆变器端口电压的差值,从而抑制环流,并实现功率的精确分配,最后通过MATLAB/Simulink仿真实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于虚拟阻抗优化的VSG暂态功角稳定自适应控制策略

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发电机系统的总体控制结构,给出了虚拟阻抗功率模型建立的理论依据。对无功功率控制环路恶化暂态功角稳定性,提出了设置电压增量自由控制支路来实现提高暂态功角稳定性的方法。其次,在无功功率控制环路及电压增量自由控制支路的共同作用下,对“不考虑切除故障”和“考虑切除故障”两种不同的运行工况,提出了能够同时满足暂态功角稳定性和故障电流限制的虚拟阻抗优化方法。最后提出了虚拟同步发电机的暂态功角失稳控制和故障电流限制的自适应控制算法,以满足实际运行工况的需求,通过Simulink仿真模型验证了所提自适应控制策略的有效性和可行性。     

虚拟同步发电机功角稳定性优化控制方法

虚拟同步发电机(VSG)具备自主调频、自主调压、惯性、阻尼等优良特质,变流器采用虚拟同步环、电压外环、电流内环的三环控制,由于电流内环需要采取限流措施,当电流饱和时会导致电压外环和虚拟同步环的失控,从而造成功角失稳、功率振荡.此处给出一种VSG的功角稳定性优化控制方法,通过对转子运行方程改造并补偿虚拟阻抗分量,实现在电...     

虚拟惯性控制的负荷变换器接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

负荷虚拟同步机(LVSM)与基于直流侧电容虚拟惯性控制的负荷变换器(DLCVIC-LC)都能增强系统惯性,但也可能在弱电网下发生谐波振荡等交互稳定性问题.该文考虑直流电压控制以及频率耦合的影响,推导三相负荷变换器的序阻抗计算通式,并据此建立LVSM以及DLCVIC-LC的精确序阻抗模型,进而对比分析两者的序阻抗特性.分...     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

电池储能提高电网薄弱节点电压稳定性的研究

电池储能技术凭借其快速、准确的功率响应能力成为在电力系统中平抑电压波动、改善电压质量的有效方法之一.首先,在分析储能系统的暂态特性的基础上,利用电力系统分析软件PSASP对CEPRI-36节点系统进行电压稳定计算,于系统起始稳态运行时和电压稳定达到极限时分别采取灵敏度分析和模态分析,得出系统的电压薄弱节点.其次,提出一种考虑有功调节死区及无功功率限制的电池储能系统机电暂态模型,并对该储能模型接入薄弱点以提高薄弱点电压稳定性.进行了仿真分析,结果表明该模型可改善薄弱点电压稳定性,并且接入薄弱节点较接入其他节点在维持电压稳定方面具有优越性.     

基于定量设计虚拟阻抗的VSG低电压穿越策略

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的新能源并网逆变器能够为电网提供惯性、阻尼以及调频调压支撑,在电网电压跌落时却面临过流的风险.尽管有文献提出采用虚拟阻抗抑制过流,但是它们只考虑抑制过流的单一目标.而根据国标要求,电网电压跌落时逆变器还需要输出一定无功电流,但已...     

弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化研究

为了提高弱电网下双馈风机并网的稳定性,研究了弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化问题。首先建立了双馈风机系统接入弱电网的小信号模型,基于特征值分析法,发现电网强度较弱或风机输出功率较高时,会导致系统稳定性变差甚至振荡失稳。然后提出了一种弱电网下提高双馈风机稳定性的虚拟母线电压控制方法,相当于改变了锁相环跟踪并网点的位置,降低了电网阻抗,等效为提升了风机并网点的电网强度。接着分析了虚拟母线电压控制对系统稳定性的影响效果并分析了补偿因数和时间常数的设计范围,研究发现系统稳定性随着补偿因数的增加而增强,随着时间常数的增加而变弱。在Matlab/Simulink中搭建了双馈风机接入弱电网的时域模型并在半实物平台中进行实证,验证了该优化控制方法的正确性和有效性。     

提升弱电网阻尼性能的VSG控制策略研究

MMC(modular multilevel converter,MMC)直流输配电技术相比传统的直流输配电技术,更适用于向弱交流电网供电的情况.但随着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重.而虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术的提出有效地解决这一问题.为进一步提高系统的稳定性,在已有VSG控制技术的基础上,提出了一种基于虚拟电阻的MMC控制策略.首先,介绍了MMC换流器系统的拓扑结构;然后通过建立受端交流电网MMC系统小信号模型分析得出电阻对系统稳定性的影响.在此基础上,对VSG控制技术进行改进,等效增大MMC换流器系统与交流电网之间的电阻,从而提高系统的稳定性;最后,通过PSCAD/EMTDC软件进行仿真计算,结果验证了所提控制策略的正确性.     

基于模糊控制的虚拟阻抗VSG功率解耦策略

虚拟同步发电机(VSG)技术模拟了同步发电机的运行机制,使分布式发电能够为电网提供惯性并提高系统稳定性。当VSG接入低压微电网时,由于线路阻抗的阻感比过大的影响,VSG的有功环和无功环之间不能视为近似解耦,VSG输出的有功功率和无功功率之间存在耦合。另外如果VSG的功角太大,也将增加功率的耦合程度,增加解耦的难度。文中分析了VSG功率耦合机理,发现功率耦合会引起VSG输出功率的动态震荡,使无功功率产生稳态误差等问题,在此基础上,提出了一种利用模糊控制对VSG功角进行估算的自适应虚拟阻抗解耦策略。最后,通过MATLAB/Simulink构建VSG并网模型,以验证VSG功率耦合的抑制。