单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。     

基于混合同步控制的构网型逆变器并网系统小扰动稳定性分析

由于构网型逆变器并网系统的混合同步控制(HSC)中直流电压控制、锁相环(PLL)、功率同步环(PSL)与电网阻抗间存在复杂交互,同步控制参数在不同电网强度下对并网系统小扰动稳定性的影响规律尚不清楚。针对该问题,首先建立了基于HSC的构网型逆变器并网系统状态空间模型,并基于根轨迹法分析了不同电网强度混合同步环中同步参数对并网系统小扰动稳定性与失稳模式的影响规律;在此基础上,给出了混合同步环中附加PLL支路参数和PSL参数的协同选取方法,以实现HSC构网型逆变器在宽电网强度下范围稳定运行。基于MATLAB/Simulink的仿真分析验证了理论分析的正确性。     

构网型变流器稳定性研究综述EI北大核心CSCD

相比目前常用的跟网型变流器,构网型变流器具有同步电压源特性,可以有效提升电力电子化的新型电力系统的稳定性,因而近年来受到了广泛的关注。为了给构网型变流器大规模工程应用提供理论基础支撑,需要在不同电网强度,不同电网扰动形式下对构网型变流器进行完整的稳定性分析。该文拟从稳态工作点的存在性,小信号稳定和大信号稳定3个层面,对现有构网型变流器稳定性分析成果进行系统的梳理和总结。在此基础上进一步归纳提升构网型变流器稳定性的控制方法。最后,总结数个关于构网型变流器稳定性分析和控制的研究方向,为进一步深入研究提供参考。     

构网型换流器控制技术研究

构网型控制换流器可以通过控制技术为电网提供惯量支撑，稳定电压与频率，提高电力系统稳定性。基于构网型换流器控制的基本原理，对比构网型控制策略与传统跟网型控制策略的区别，分析构网型换流器的主要控制技术，提出未来构网型换流器控制需要解决的关键技术及研究方向。     

构网型控制在提升高比例新能源并网系统振荡稳定性中的应用

为了研究能够支撑新能源系统稳定运行的构网型与跟网型机组间比例关系,首先以单风场并网系统为例,分析了跟网型和构网型机组的并网动态特性;然后从保持并网风场在低频和次同步频段内振荡稳定性的角度,提出了风场内配置构网型机组容量的计算原则;在此基础上基于三机九节点算例系统,探究了100%新能源构成系统稳定运行的可行性,研究了系统内构网型机组的比例和位置等因素对系统动态特性的影响。研究表明,在风场内配置少量构网型机组即可有效改善弱电网下风场的次同步振荡问题,场内构网型机组的配置容量主要受低频模态稳定性的约束;在100%新能源系统内,构网型控制对远端跟网型机组支撑不足导致的次同步振荡是决定构网型控制需求的关键约束。     

频率突变影响下基于Lyapunov法的孤岛微电网暂态稳定性分析

以电力电子变流器为主导的微电网作为一种灵活、可靠的分布式能源消纳和集成方式，近年来越来越受到关注。由于缺少电网稳定的电压和频率支撑，孤岛微电网在故障扰动下易出现暂态失稳现象。考虑锁相环受扰瞬间的被动频率突变和下垂控制器无功环影响，该文建立了由构网型和跟网型逆变器共同组成的孤岛微电网的改进暂态模型，改善了暂态模型精度。在此基础上，构建了一种二次型Lyapunov函数，用于孤岛微电网的暂态稳定性分析。通过待定系数，减小了非耗散区的影响，从而改善了传统Lyapunov方法的保守性。利用Lyapunov稳定判据，对不同形式扰动下的功角稳定边界进行了估计，分析了孤岛微电网对不同形式扰动的敏感度，揭示了系统参数对暂态稳定性的影响。最后，利用Matlab/Simulink仿真和基于RT-Lab的硬件在环实验对该文所提方法进行了验证。     

构网型和跟网型电力电子装备混联系统惯量响应的匹配问题综述

构网型和跟网型电力电子装备具有异质化调频特性,导致2类装备交直流混联系统惯量响应阶段的动态交互作用机理复杂,传统的惯量参数匹配原则难以优化系统频率响应的问题。阐述了电力电子装备系统的惯量响应匹配问题,并对现有电压源型变流器的调频控制方法进行了概述。从功频响应分析方法、调频功率分配原则和频率响应特性3个方面对电力电子装备系统惯量配置问题的研究现状展开梳理。对电力电子装备混联系统的统一建模及惯量响应匹配问题提出了研究思路,旨在通过惯量支撑功率的匹配控制提升低惯量电力系统的频率稳定性,从系统层面为高比例电力电子装备友好并网提供基础理论和关键技术支撑。     

新型电力系统惯量特性及其实时感知技术

新能源并网将不断挤占常规机组开机容量,降低系统转动惯量和调频能力,导致频率变化加快、波动幅度增大,因此需要新能源机组提供主动惯性支撑。但是新能源机组动态特性完全不同于同步发电机,传统摇摆方程已难以全面刻画新型电力系统频率受扰后的动态过程。为此,建立新型电力系统的惯量模型,可以准确刻画同步发电机、跟网型和构网型逆变器的惯量响应过程。提出惯量的实时测量方法,采用改进多项式曲线拟合法和系统辨识法,实现了对系统转动惯量和区域内惯量的准确感知。最后通过仿真,对新型电力系统等效惯量进行了量化评估,验证了所提的测量方法和数学模型的有效性。     

构网型储能支撑新型电力系统稳定运行研究

建设以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的关键。由于新能源存在一定波动性,且系统在同步发电机被替代后缺少稳定惯性支撑,易导致系统不能稳定运行,因此构网型储能应运而生。其可代替同步发电机实现对电网支撑,保障系统稳定运行,故在新型电力系统中有广阔的应用前景。基于此,文中首先对构网型和跟网型储能变流器做出对比,为新型电力系统做出选型,通过对两者的比较说明构网型储能技术更适用于新型电力系统;其次,讨论构网型储能在新型电力系统中的定位及在其中的作用;最后从暂态过程、短期动态和长期动态三方面对构网型储能发展进行展望,为未来新型电力系统更好地建设提供思路。     

光储系统电网侧故障下VSC变流器的跟网-构网型控制方法

在高渗透率的新能源并网系统中,由于光伏发电系统以及负荷的随机波动性,传统的跟网型控制在电网电压下降时往往难以提供足够的动态无功支撑,从而对系统的安全性和稳定性产生严重影响。为此,针对光储系统短路故障下电压源型变流器(voltage source converter, VSC)跟网、构网及故障期间的电压支撑控制方法进行研究。首先,建立VSC跟网、构网型控制策略的数学模型,分析基于跟网、构网型控制策略的并网控制方法;其次,研究采用2种不同控制策略对公共连接点(point-of-common coupling, PCC)电压的影响,提出基于跟网-构网型控制策略的系统控制方案,分析不同控制策略对PCC电压支撑作用的差异;再次,搭建计及光储接入的系统电磁暂态仿真模型,评估光伏逆变器和储能变流器采用3种不同控制方案对系统动态特性的影响;最后,对3种不同控制方案下,系统发生故障后PCC电压支撑程度进行分析,验证了所提出的基于储能变流器构网型及光伏逆变器跟网型一体化控制方法在故障期间具有更好的电压支撑能力。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

基于储能变流器的微电网稳定控制策略

微电网是一种将分布式电源、储能装置、变流器、负荷以及监控保护装置有机整合在一起的小型发、配、用电系统。微电网运行方式复杂,为维持微电网电压和频率的稳定,提出一种基于储能变流器的下垂控制与恒频恒压（V f）控制相结合的微电网稳定控制策略。微电网并网运行时,储能变流器采用下垂控制;微电网离网运行时,若电压和频率在设定的范围内,储能变流器仍然采用下垂控制,若超出设定范围,储能变流器采用V f控制。仿真结果表明,提出的控制策略在微电网并网运行、离网运行、以及并/离网切换过程中均能维持微电网电压和频率的稳定。     

微电网电磁时间尺度相角稳定性分析

随着电力电子化的分布式可再生能源大规模接入电网,同步振荡和谐波失稳现象越来越受到人们的关注。相较于传统的电力系统,新型微电网更多地表现出负阻抗性、低惯性、负阻尼性和能量的双向流动性。基于此,文章提出了一种基于小信号的电磁时间尺度相角稳定性分析方法。首先,建立了电磁时间尺度电力变换器的小信号模型,通过系统相角与分布式电源无功功率的内在联系得到电力变换器的相角稳定性指标;然后,建立了电力变换器的闭环传递函数并通过特征值分析得到相角稳定域;最后,通过仿真和实验验证了所提的微电网电磁时间尺度相角稳定性分析方法。     

微电网动态稳定性研究述评

在微电网内部,电力电子变换器接口型分布式电源广泛存在。电力电子接口微源与传统交流同步发电机在功率变换、控制策略和动态特性方面差异性较大,控制方法的多样性以及电力电子接口微源的高渗透率将给低惯量微电网的安全稳定运行带来严峻挑战。同时,多类型微源、多类型负荷在微电网内混合共存,可能引发源源耦合交互、负荷间交互以及源荷交互,不同特性的设备间相互作用将重新塑造区别于传统电力系统的动态响应特性,并诱发稳定性问题。首先对近年来国内外微电网稳定性的研究进行评述,归纳总结可再生能源渗透率不断提升下微电网典型运行特性和存在的动态稳定性问题;在微电网动态稳定性分类的基础上,分别从微电网动态稳定问题和微电网动态稳定分析方法两方面对微电网稳定性的研究动态进行分析、评价和探讨;最后,预测和探讨了微电网稳定性研究的发展趋势。     

提高光储柴独立微网频率稳定性的虚拟同步发电机控制策略

针对由间歇性可再生能源、柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统构成的独立微网,提出一种提高系统频率稳定性的虚拟同步发电机(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与频率的阶跃特性;其次,在理论分析VSG控制与微网频率稳定性关系的基础上,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调压特性引入储能变换器(ESC)的控制中,使ESC具有虚拟惯性与阻尼;然后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对比针对ESC采用传统电流控制、下垂控制及VSG控制时负载阶跃条件下的系统频率响应特性;最后,建立一套包含2台VSG及1台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。     

基于小信号稳定性分析的含VSG微电网电能质量主动控制

为提高分布式电源电力电子变换装置的利用率,实现变流器的功率控制,提高电能质量,文中提出一种基于小信号稳定性分析的含虚拟同步发电机(VSG)微电网的电能质量主动控制策略,在原有双闭环控制器基础上,设计参数化控制器进行谐波抑制,实现控制性能指标的改进。首先,建立基于微电网拓扑的VSG小信号模型,并分析VSG控制过程的稳定性。其次,设计了基于鲁棒观测器的控制器,以电能质量性能指标跟踪误差最小为目标函数,利用优化方法对跟踪误差进行逐步最优求解。通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行仿真,结果表明:所提出的方法实现了变流器鲁棒控制和电能质量治理,性能改善作用明显。     

基于阻抗网络模型的多变流器直流微电网小扰动稳定性分析

大量新能源设备与负荷通过电力电子变流器接入直流微电网,导致多变流器直流微电网(MCDCM)的小干扰稳定性面临严峻挑战,且使用传统阻抗比与状态空间模型分析MCDCM时存在一定的局限性.基于变流器端口的阻抗特性,建立MCDCM的阻抗网络模型与具有开环稳定特性的负反馈系统,并将阻抗网络模型应用于直流微电网的稳定性判别与设计....     

基于改进LADRC的构网型储能调频控制策略研究

为提升高比例风电渗透下电力系统的频率稳定性,同时解决风储联合系统调频过程中参数间相互影响难以兼顾导致系统调频控制性能不佳的问题,提出一种基于改进型线性自抗扰控制策略(linear active disturbance rejection control, LADRC)的构网型(grid-forming, GFM)储能调频控制策略。首先,在传统应用LADRC对角频率进行快速控制的基础上,引入有功差额补偿,加速有功指令响应速度,消除参数互耦。同时,针对构网型储能调频控制策略参数影响规律,分析了角频率和参考功率至输出功率的小信号模型,推导控制环节传递函数,实现对系统调频性能优化。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建风储联合系统仿真模型,对不同控制策略在不同工况下电网频率和储能出力的变化情况进行对比分析。结果表明,所提控制策略有效提升复杂工况下风储联合系统对电网频率的支撑能力。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

交直流混合微电网接口变换器虚拟同步发电机控制方法

随着分布式发电技术的推广,交直流混合微网以其灵活性正得到越来越广泛的研究和应用,而接口变流器是其核心部件。提出了一种接口变换器虚拟同步发电机控制策略。该策略不仅能使交直流子网有功功率分配更加均匀,还能使系统在大容量负荷投切过程中响应更加平滑,降低交直流子网快速功率波动的耦合影响。Matlab/Simulink仿真算例的验证结果表明,提出的接口变换器虚拟同步发电机控制方法能够降低交直流子网功率传导影响,有利于提高交直流微电网的运行稳定性。