基于虚拟同步发电机控制的微电网分层频率控制

为提高孤岛微电网运行时的频率稳定性,提出了一种基于旋转同步坐标系的微电网分层控制策略。其中底层控制采用电压电流双环控制,实现快速跟踪,改善波形质量;一次频率控制采用虚拟同步发电机控制及有功–频率下垂控制,提高系统惯性,增强稳定性,并对一次频率控制的不同实现方法进行了比较,讨论了阻尼系数与下垂系数间的联系;针对通信延迟引起二次控制性能下降的问题,设计了基于内模控制的二次频率控制。最后利用一个含多种逆变电源控制方式的微网系统对所提控制策略进行了验证。结果表明,该策略具有较好的稳态和动态特性,基于内模控制的二次频率控制在考虑通信延迟的情况下仍具有较好的控制性能。     

微电网孤岛模式下虚拟同步发电机的频率控制研究

在微电网孤岛运行方式下采用传统虚拟同步发电机的控制方式,仅具有一次调频的功能;利用虚拟同步发电机控制参数灵活的特点,提出了一种改变下垂控制系数的二次调频策略,该策略利用频率和负荷变化量即可整定出新的下垂控制系数;虚拟同步发电机可根据负荷变化过程中频率是否超过其限定值,在一次调频控制和二次调频控制间灵活的切换,实现了微电网支撑频率的目的,提高了微电网抵御负荷变化的能力。最后通过MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建了微电网的孤岛运行模型,验证了微电网孤岛模式下频率控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的微电网控制方法研究

首先介绍了微电网的产生背景和意义,给出微电网的概念和典型结构示意图。针对传统分布式发电技术不能满足微电网运行要求,该文基于同步发电机的模型提出了虚拟同步发电机的概念,将大电网中的一次调频、二次调频等成熟的理论知识引入到了微电网中,给出了联网运行和孤岛运行模式下微电网的控制方法,使具有同步发电机特性的逆变电源能够稳定并网。最后通过MATLAB/simulink验证了虚拟同步发电机思想及控制方法的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的微电网电能质量控制

交直流混合微电网(HMG)因兼顾了交流微电网和直流微电网的优点,得到越来越广泛的研究和应用,其中连接2个子网间的互联变流器(ILC)是维持交直流HMG稳定运行的关键。针对现有交直流HMG电能质量的研究,其交流子网频率和直流子网母线电压通常偏离额定值,属于有差调节。基于此,提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的ILC控制策略,该策略不仅能使交直流HMG在并网运行和离网运行两种模式下的交流频率和直流母线电压始终维持在额定值,同时还能平滑交直流HMG中各单元的输出。最后搭建实验样机验证了所提策略的有效性。     

含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略

针对微电网低惯性特性使得其频率易受负荷波动影响而偏移出额定值的问题,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)的二次调频方法。首先,在分析电力系统调频原理的基础上,提出了在VSG功频控制中引入二次调频控制器来实现频率的无差控制。其次,针对含多个VSG并联运行且都参与二次调频的情况,通过对二次调频控制环节进行改进,使VSG不需要借助于微电网中央控制器间的协调控制,即可实现无差调频。同时,该策略的提出使得VSG能够根据自身额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行能力。最后,仿真结果和实验结论验证了所提理论分析的正确性和实用性,所提方法可有效地改善微电网的频率特性和经济运行特性。     

基于虚拟同步发电机的微电网逆变器

本文根据微电网对逆变器性能的要求,借鉴同步发电机的经典数学模型,设计了一种适用于微电网的逆变器控制模型(虚拟同步发电机)。该逆变器具有功率、电压、频率调节的功能,能够根据电网自身以及负荷的变化合理调整输出以满足系统的稳定性要求。在MATLAB/Simulink环境下搭建了该系统的仿真模型,仿真结果验证了该方法的正确性和合理性。     

基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制

分布式电源大多通过电力电子接口并入电网,大量分布式电源并入电网给传统电网的频率稳定带来严峻的挑战。虚拟同步发电机因具有传统同步发电机自主调频的功能受到广泛关注。分析了虚拟同步发电机的一次和二次调频过程,针对孤岛运行负荷变化时,传统调节方式的有差性以及二次调频控制参数选取困难、调节速度和精度不理想的问题,提出了基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制方法,根据调速器控制方程及功频曲线调整了调速器结构,自动调整虚拟同步发电机调频系数,可快速地实现频率无差控制。MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

改善微电网频率动态响应的虚拟同步发电机强化惯量控制方法

为充分利用虚拟同步发电机(VSG)的调频潜力,提出一种适用于交直流混合微电网的虚拟同步发电机强化惯量控制方法,即在虚拟同步发电机的基本控制结构上增加与系统频率偏差量相关的辅助调频控制环节,使之可以在负荷扰动后提供更多的调频功率,进一步改善系统的频率响应特性。基于Matlab/Simulink构建了以虚拟同步发电机为接口的交直流混合微电网模型,并在实验室研制了一台实验样机对所提控制方法进行验证。仿真和实验结果表明,与常规控制方法相比,强化惯量控制在给定的控制参数下可以使相同负荷扰动后的系统频率偏差进一步减小约25%,从而证明了所提控制方法的有效性。     

孤岛微电网多虚拟同步发电机频率无差协调控制策略

传统虚拟同步发电机的频率控制为有差控制,且虚拟惯量的引入使得虚拟同步发电机呈现二阶振荡特性,导致孤岛微电网多虚拟同步发电机并联系统在受到负荷扰动时面临频率偏移和有功超调的问题。针对此,提出了一种多虚拟同步发电机频率无差协调控制方法。该方法包含了兼具有功精确分配的频率无差调节控制和阻尼改进控制两部分,通过利用母线频率全局一致的“通信”效果,以分散式的形式协调系统内各台虚拟同步发电机,可主动消除微电网频率稳态偏差且实现各台虚拟同步发电机按照容量承担负荷有功功率,并抑制系统的有功超调。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机的微电网控制策略研究

针对微电网中的分布式电源出力的间歇性导致微电网频率及电压不稳定的问题,通过建立虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制系统的数学模型,设计了一种基于频率控制、电压控制和功率控制的反馈控制器,并给出了相应的控制方法;通过理论分析分布式电源的频率、电压特性及其对微电网频率、电压稳定性的影响,提出了能够有效抑制分布式电源功率波动,提高微电网电能质量的控制策略。仿真结果表明:VSG能稳定地控制微电网频率、电压,具有很好的稳态性。     

基于虚拟同步发电机与电力弹簧的微电网电压控制

针对光伏、风电等可再生能源发电(renewable power generation,RPG)的间歇性和不稳定性引起的微电网电压偏移越限问题,提出一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)与电力弹簧(electric spring,ES)相结合的源荷互动调压方法。首先,利用VSG中的励磁控制器为微电网提供电压支撑,使得微电网电源侧电压偏移在允许范围内。其次,利用ES相位控制使得远离电源侧的负荷节点电压偏移不越限。最后,通过建立含VSG、可再生能源以及ES的微电网仿真模型进行仿真,仿真结果证明了VSG可以实现电源侧调压,ES可以实现负荷侧调压,二者形成源荷互动调压机制共同维持微电网电压稳定。     

微电网中的虚拟同步发电机技术

针对分布式电源容量较小,几乎没有转动惯量和阻尼作用,对电网稳定性产生很大影响等问题,探讨了虚拟同步发电机技术(virtual synchronous generator,VSG)在微电网中的应用。首先介绍了VSG的基本概念及结构,然后对国内外VSG技术的研究现状以及几种典型的VSG方案进行分析,最后在分析微电网结构的基础上从系统调频、调压2个方面,阐述了VSG在微电网中的作用。研究表明该技术可通过储能装置为分布式电源提供虚拟惯量,使得分布式电源参与系统调频调压,有效解决分布式电源大量接入电网所带来的稳定性问题。     

基于虚拟同步发电机的微电网改进下垂控制策略

针对传统下垂控制作用下微电网的运行状态平滑切换问题,利用虚拟同步发电机思想,在控制环中加入虚拟的转动惯量方程,使得微电网逆变器具有与传统的同步发电机相似的动态性能,解决了微电网逆变器输出阻抗小、阻尼小等问题,以此来降低由于功率的急剧变化所造成的频率振荡;同时增加一个补偿控制环节,增加系统在运行状态切换情况下的稳定性。采用MATLAB软件进行仿真,验证了所设计的微电网改进下垂控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源（称为虚拟同步发电机）。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。     

一种基于虚拟同步发电机的多逆变器微电网频率无差调节策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)在增强微网稳定性的同时,能克服微网中电力电子装置并网给电网带来的冲击,受到了广泛关注。现有的VSG中的有功频率控制,在微网离网运行时,将存在频率偏移,这将会影响到微网中频率敏感负荷的稳定运行。因此提出了一种VSG的频率无差调节方法,将VSG所产生的频率偏差量叠加到VSG的有功频率控制环中,消除了微网的频率偏移。针对含多个VSG并联运行的微网,各VSG不需要通信,独立参与微网频率无差调节。同时,还能根据VSG额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行的能力。最后搭建三台VSG并联仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于虚拟同步发电机控制的并网变流器同步频率谐振机理研究

虚拟同步发电机控制策略是解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。然而,不同于传统同步发电机,变流器模拟的虚拟同步发电机因其快速灵活的调节能力可能引发同步频率谐振现象。通过建立精确的虚拟同步发电机动态模型,分析得到同步频率谐振现象是由电磁磁链的动态过程引入;基于此谐振在控制参数设计不合理时会带来稳定性问题,提出2种阻尼控制的策略来抑制同步频率谐振现象。最后,通过搭建8 k W实验平台,验证了虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象及所提阻尼控制策略的有效性。     

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。     

适用于孤岛微电网的电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制与频率恢复控制

孤岛微电网惯性水平低,频率稳定问题显著。基于此,提出了适用于孤岛微电网电压型虚拟同步发电机(voltage-controlled virtual synchronous generators,VSGs)的自适应惯性与频率恢复控制方法,用于孤岛微电网频率稳定性提升。在自适应惯性控制方面,利用转速偏差及其变化率刻画频率动态过程,分别构建其与虚拟惯性的关系;利用双曲正弦函数放大虚拟惯性对转速偏差及其变化率的灵敏度,提高控制的敏感性;引入sigmoid函数,限制虚拟惯性调节范围,抑制控制过程中VSG输出功率的振荡。在频率恢复控制方面,从有功功率供需平衡的角度出发,将频率恢复问题转化为全网有功再平衡问题;利用各台VSG的频率偏差及其变化率估计全网有功再平衡量,并按容量分配每台VSG承担的全网有功再平衡量,实现功率均分。通过不同情境对所提方法进行仿真测试,结果验证了其有效性。     

虚拟同步发电机频率稳定性分析

在电力电子逆变器控制领域,通过仿真同步发电机的同步特性来实现的虚拟同步发电机(VSG)技术作为近年来提高电力系统稳定性的主要手段得到了充分的研究,在一定程度上解决了分布式能源(DG)并网系统缺少惯性的问题,提高了系统电网频率的稳定性。然而,当电网强度发生变化时,原有的VSG控制策略并不能维持系统频率稳定性。为了进一步提升VSG对频率稳定性的作用,在传统VSG控制策略的基础上,对电网强度变化时VSG系统的频率稳定性进行了分析,研究了影响电网强度变化的因素,并在此基础上提出,可以通过增大VSG中系统惯量的方法来提高电网强度变化时频率稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真工具,验证了所提方法的有效性。     

基于二阶线性自抗扰的虚拟同步发电机二次调频控制

当分布式电源处于孤岛运行时,负载的突变或切入/切出会引起虚拟同步发电机系统频率的突变。针对该问题提出基于二阶线性自抗扰的虚拟同步发电机系统频率无差调节策略;并与分析得到的系统输出频率二阶模型相结合,从系统稳定性角度出发对自适应控制参数进行整定,使虚拟同步发电机在孤岛状态下发生负载突增时,能够实现对系统频率无差调节,达到二次调频的目的。最后将所提出的控制策略在MATLAB/Simulink中进行仿真实验,与基于PI调节阻尼系数的控制方法进行对比,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。