基于VSG的储能系统并网逆变器建模与参数整定方法

从并网逆变器主电路和同步发电机等效电路的对应关系出发,提出模拟同步发电机转子的运动方程、有功-频率下垂特性与无功-电压下垂特性的虚拟同步发电机(VSG)外环控制策略。引入虚拟阻抗模拟同步发电机定子电气方程的电压环,和基于准比例谐振控制器的电流环共同构成应用于储能系统并网逆变器的VSG控制策略。建立应用于储能系统并网逆变器的VSG动态小信号模型,分析其参与电网需求响应的机理。推导得出VSG参与电网调压/调频需求响应的动态模型,为研究电网电压/频率波动时VSG无功/有功输出特性提供依据;进而在保证有功环、无功环的稳定性与调压/调频动态性能的条件下,总结得到VSG关键参数的整定方法。最后通过仿真与实验验证了所提VSG参与电网调压/调频动态模型的正确性与参数整定方法的有效性。     

分布式光伏逆变器虚拟惯性与阻尼综合控制

目前广泛应用的光伏并网逆变器不具备有利于维持电力系统稳定的惯性与阻尼,所以基于电力系统机电暂态理论对光伏逆变器虚拟惯性与阻尼综合控制策略进行研究具有重大意义。利用同步发电机二阶数学模型构建虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)本体模型,根据同步发电机有功功率平衡与频率调整控制理论以及无功功率平衡与电压调整控制理论分别设计了VSG功频控制器与励磁控制器。在MATLAB/Simulink仿真平台建立分布式光伏逆变器的VSG控制系统仿真模型,仿真结果表明,当负载发生变化时,基于VSG控制的分布式光伏逆变器具有良好的动态调节特性与稳定性。     

逆变器VSG小信号建模与参数设计

虚拟同步发电机(VSG)技术能为并网逆变器提供类似于同步发电机的惯性特征,是分布式发电和微电网领域的核心技术之一。针对VSG控制器的建模和参数选取问题,对VSG功率回路进行了小信号建模,分析得知功率回路带宽需远小于线频的2倍,以避免VSG输出电压严重失真。在此基础上推导了VSG的线频平均小信号模型,可用于参数设计。同时,在线频平均小信号模型基础上给出了有功和无功功率控制解耦的条件。最后,利用10 kV·A并网逆变器原理样机进行了试验研究,研究结果验证了理论分析和参数设计方法的有效性。     

一种改进型的虚拟同步发电机控制策略

构建基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的微网并网逆变器,使逆变器具有同步发电机惯量大、输出阻抗大的特点。在传统下垂控制的基础上,提出自适应调节控制以及恒压恒频控制方法,保证单机带载的可靠运行。提出基于虚拟冲击电流的预同步单元,可以在并网前完成对电网相位的有效追踪,大大降低并网瞬间的电流冲击。采用小扰动法对并网后简单系统静态稳定性进行分析,进而选取合适的惯量、阻尼、调差参数,保证VSG按指令发送有功无功功率。     

电压源虚拟同步发电机并网控制及实现

并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制技术利用电力电子装置控制灵活的特点,通过在控制系统中对同步发电机及其调速器/调压器的基本数学模型和调节特性的模拟,使得并网逆变器具有与同步发电机类似的自主参与系统调频/调压等优良特性.这里在VSG控制策略基础上,提出了一种新颖的电压源VSG并网实现方式,免去了传统VSG并网所需预...     

序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析

传统新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文采用谐波线性化方法建立虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型,对比分析虚拟同步发电机和传统并网逆变器的序阻抗特性。传统并网逆变器的序阻抗在中频段显容性且阻抗幅值较大;而虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小,与电网的阻抗特性基本一致。基于序阻抗模型和奈奎斯特稳定判据分析电网强弱、逆变器并网台数和锁相环带宽对虚拟同步发电机和传统并网逆变器并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明,在弱电网下或者高渗透率新能源发电下,传统并网逆变器容易失稳,而VSG并网系统依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,VSG比传统并网逆变器更适合应用于弱电网下或者高渗透率新能源发电中。最后,通过实验验证该文分析的正确性。     

一种基于Park模型的并网逆变器VSG控制策略

提出一种新型并网逆变器VSG控制策略,该策略基于同步发电机的Park数学模型,考虑了电机的凸极效应及阻尼绕组的影响,通过两步Adams法求解同步发电机数学模型,从而得到并网逆变器的参考电流,使并网逆变器具有同步发电机的特性。仿真结果表明,在输入功率、电网电压、电网频率突变等典型工况下,并网逆变器与实际同步发电机具有一致的端口特性。最后搭建了实验平台,验证了所提方案的有效性。     

基于狼群算法的虚拟同步发电机并网逆变器不平衡电网下多目标优化控制研究

针对电网电压不平衡情况下虚拟同步发电机(VSG)并网逆变器并网输出电流不平衡、有功功率及无功功率波动的问题，提出一种基于狼群算法的VSG并网逆变器多目标优化控制方法。针对电流平衡、抑制有功、无功波动间的矛盾，设计多目标优化控制，引入调节系数和不平衡度，建立负序参考电流统一表达式及多目标优化函数，并通过狼群算法对多目标函数寻优，实现三个控制之间的协调控制，提高了VSG逆变器输出电能质量。最后，对所提出控制方法进行仿真分析，验证其可行性和有效性。     

虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略

随着新能源并网的增加,现有并网逆变器采用的直接电流控制无法有效跟踪电网电压。虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)技术通过模拟同步发电机运行机制,改善了系统稳定性,成为解决分布式电源高渗透率问题的有效方案之一。然而,虚拟同步发电机存在同步频率谐振现象,容易引发功率振荡,导致系统不稳定。该文分析电磁磁链的动态过程;通过建立虚拟同步发电机的宽频域功率动态耦合模型,发现有功–无功的功率耦合效应会加剧同步频率谐振;基于同步频率谐振的产生机理,采用有源阻尼控制的策略能有效抑制该谐振问题。最后,通过搭建实验平台,验证虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象、有功–无功动态耦合效应正确性及阻尼抑制策略的有效性。     

基于改进差分进化算法的VSG控制策略

新能源发电系统的并网稳定性成为了微电网技术研究的热点。虚拟同步发电机（VSG）控制技术通过并网逆变器模拟同步发电机（SG）的运行特性,使之具备惯性和阻尼特性。VSG控制器参数设计困难,使用传统的计算方法得到的并网效果并不理想。针对此问题,建立VSG控制系统,应用改进的差分进化算法（DE）寻优参数。对比电网在频率和电压扰动下的仿真结果,验证了改进差分进化算法相比较传统算法更适用于VSG并网稳定研究。     

具有鲁棒特性的虚拟同步发电机无功电压环节参数设计

虚拟同步发电机(VSG)是近年来并网逆变器控制策略研究中的热点,但关于其无功电压环节参数设计的研究目前并不多见。首先,以具有鲁棒特性的VSG为例,建立端电压设定值与其输出电压和无功功率之间的小信号模型。然后,利用增益对比分析实现无功电压环节和有功环节的解耦,得到了2阶形式的VSG无功电压环节数学模型,并借鉴IEEE和IEC推荐的同步发电机励磁系统参数设计依据,实现VSG无功电压环节参数的设计。最后,利用仿真和实验验证了所提方法的正确性与有效性。     

一种改进型虚拟同步发电机控制方法研究

新能源发电系统中,目前的传统并网控制方式很难满足电网要求,基于虚拟同步发电机(VSG)的并网方式成为研究热点。此处提出一种改进型VSG控制方法,具有传统同步发电机组惯性、调频调压等功能,无需锁相环检测电网频率来实现有功功率-频率下垂控制。首先介绍该控制方法的基本原理:然后给出控制参数的设计方法;最后采用仿真及实验对所提的控制方法进行验证,仿真及实验结果表明该方法能有效调节逆变器的输出功率并且与电网保持同步,在不检测电网频率时也能自动跟随电网频率调整有功输出。     

虚拟同步发电机技术及其在光储微电网中的应用

为了提高变电站站用电系统的供电可靠性,针对基于虚拟同步发电机技术的储能逆变器及其在光储微电网中的应用进行研究。介绍微网系统的拓扑结构和不同工作模式,设计微网各个子系统的参数,建立基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的储能逆变器数学模型,分析VSG并网和孤岛两种控制模式及其之间的切换。针对500k V河沥变电站光储微网系统,利用其中100k VA储能逆变器进行实验,验证VSG控制策略的可行性与有效性。     

虚拟同步发电机及其在混合微电网中的应用

近年来,随着分布式光伏发电、风电和内燃发电机发电技术的逐步成熟,分布式能源被赋予了新内涵。为增强局部供电的可靠性,针对虚拟同步发电机(VSG)技术及其在光伏-内燃发电机混合微电网中的应用进行了研究。介绍了混合微电网系统的拓扑结构和不同工作模式;建立了基于VSG控制策略的光伏逆变器数学模型,重点分析了基于VSG控制的电压源型逆变器的运行特性;分析了VSG并网和孤岛两种控制模式及其之间的无缝切换。针对雁栖湖生态示范区智能分布式电源系统的光伏-内燃发电机混合微电网,利用其中100 kVA光伏逆变器进行实验,验证了VSG控制策略的可行性与有效性。     

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。     

改进型虚拟同步发电机控制策略

传统的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略由于在本体模型中转动惯量为常数,会使并网逆变器在接近稳态时产生功率振荡和功率偏差。针对这个问题,提出一种改善的VSG控制策略。该控制策略在传统的本体模型中使用带通阻尼系数代替常数阻尼系数,当电网频率与转子频率偏差较小时,使并网逆变器能够迅速进入稳定状态,与传统的常数阻尼系数相比,带通阻尼系数不仅能够抑制功率振荡而且不会影响VSG输出有功功率。在MATLAB/Simulink中对该控制策略进行验证,结果表明在离网和并网情况下该控制策略可以实现正常运行,满足电能质量的要求。     

基于钒流电池储能的虚拟同步发电机控制策略

构建基于钒流电池储能的虚拟同步发电机(VSG),使微电网具有同步发电机惯量大、输出阻抗大等特性。采用同步发电机5阶方程作为VSG本体模型,双向Buck-Boost变换器作为连接钒流电池储能装置与VSG的桥梁,在调频单元中加入2次调频及对转动惯量和阻尼值的合理设置,可以省去传统的预同步单元,在4象限内准确地跟踪有功和无功功率,实现VSG离网到并网平滑切换。     

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。     

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。     

基于VSG的混合储能系统能量管理控制策略研究

可再生能源接入电网时,并网逆变器需提供类似于传统同步发电机的频率调节功能,新的包含惯性环节的虚拟同步发电机(VSG)控制技术用以满足电网频率支持的要求。不同于传统同步发电机,并网逆变器需配置额外的储能系统(ESS)。针对基于VSG的混合ESS系统的能量管理控制,提出了一种基于VSG的HESS协调控制策略,即控制ESS中的超级电容器处理由惯性引入的快速变化功率,同时控制电池组来补偿周期相对较长的功率波动,从而实现整个系统的稳定性。最后,通过试验验证了所提控制策略的有效性。