转动惯量对虚拟同步发电机输出特性的影响分析

逆变器通过嵌入转子运动方程模拟同步发电机的下垂控制,可实现虚拟同步发电机(VSG)惯性特性,使其具有实际同步发电机抵御负荷扰动的能力。分析了转动惯量对离网模式下并联瞬间有功功率和负载频繁波动对频率的影响机理,在Matlab/Simulink仿真平台和1kW功率等级实验台架上验证了分析的有效性。     

孤岛模式下并联VSG的无功均分控制策略

微电网运行在孤岛模式下,光伏逆变器采用虚拟同步发电机(VSG)控制方式并联,各逆变器传输阻抗的差异及负载切换,会导致并联VSG无功功率分配不均问题。针对此问题,提出一种基于虚拟阻抗和动态下垂系数的无功均分组合控制策略。分析并联VSG的功率分配机理,通过线路阻抗观测器构造虚拟阻抗,引入VSG输出无功变量构造动态下垂系数,两者对VSG的输出电压进行自适应调整,控制逆变器输出的无功功率,实现无功功率按容量均分。仿真与实验结果表明所提控制策略将无功功率差值从317 var减小到66 var,无功功率输出偏差从16.7%减小到3.5%。     

孤网中虚拟同步发电机并联均流控制策略

在虚拟同步发电机(VSG)技术的推广中,集中式大容量储能VSG装置具有一定工程优势,在此装置中VSG多以并联形式存在且彼此距离较近,由装置及线路参数的差异所引起的环流会对其正常运行产生影响。以2台VSG并联的孤网为例,分析并联功率分配机理,推导其与均流对应关系。考虑等效线路阻抗差异性对功率均分的影响,设计VSG调速控制和励磁控制,实现并联VSG输出有功、无功功率按额定容量分配,并使其具备有功调频、无功调压的能力及大惯性、大输出阻抗的优势,同时应用自动控制相关原理给出稳态时实现功率均分的数学依据。最后由Matlab/Simulink仿真验证控制策略的有效性。     

基于VSG的逆变器功率均分控制策略

分布式发电(DG)系统中逆变器采用虚拟同步发电机(VSG)控制时,由于每个VSG的容量和分布是随机的,故VSG输出阻抗、线路阻抗及其容量难以匹配,导致了无功功率不均分。针对该问题,基于传统无通信无功功率均分控制方案,设计了一种基于虚拟电容的无功功率均分控制策略。新型控制方案模拟了VSG输出端并联电容特性,可根据VSG输出无功功率来自适应调整输出电压,从而降低了无功功率分配差度,同时提高了电压控制精度。最后,通过实验验证了控制器的效果。     

孤岛微电网中的虚拟同步发电机并联控制策略

针对微网中的虚拟同步发电机(VSG)技术,首先提出了适用于孤岛微电网的VSG控制策略,并对其进行了详细的分析和介绍;其次,针对不同容量VSG并联,考虑并联系统投切负载时系统动态特性,提出了一种基于惯性时间常数匹配和阻抗匹配的参数设计方法,使得VSG并联系统在投切负载过程中有功和无功功率具有良好的动态特性;最后,Matl...     

基于虚拟阻尼补偿的改进型VSG控制策略研究

虚拟同步发电机(VSG)控制不仅可更好地支撑微网的频率,还可实现多逆变器的并联组网运行,改善微网的运行性能。为更好地模拟传统同步发电机的特性,针对VSG动态过渡过程中的功率振荡,提出了一种改进型VSG控制策略,在传统VSG控制的基础上,通过引入补偿环节和可调参数,降低系统的阶数,既保证了系统的动态响应速度,又避免了动态的功率振荡,有效提高了VSG的控制性能。仿真及实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

微电网中不同容量逆变器并联控制策略

在传统下垂控制中加入虚拟同步发电机(VSG)算法和电压补偿环节,使逆变器具有同步发电机(SG)的大惯量特性,且各并联逆变器输出电压一致,有功、无功功率按额定容量比分配;通过电压电流控制环的设计,使逆变器等效输出阻抗为感性,以满足下垂控制要求,保证并联逆变器具有良好的动静态特性。Matlab/Simulink仿真和实验验证了所提控制策略的可行性。     

基于改进下垂算法的同步逆变器并联控制策略研究

针对同步逆变器中传统下垂算法的不足,应用一种改进下垂算法对同步逆变器并联运行进行控制。在Matlab/Simulink中搭建同步逆变器并联运行模型,将改进下垂算法与同步发电机模型结合,控制两台三相同步逆变器并联运行,并对其进行仿真研究和实验验证。仿真和实验结果表明,该改进下垂算法在同步逆变器控制中具有实用性,可以与同步发电机模型很好地结合,控制并联同步逆变器较好地完成电流和功率均分,并且还能提高系统的稳定性能和动态性能,使同步逆变器类似于同步发电机的特性更加显著。     

独立微网中多虚拟同步机功率精确分配控制策略

独立微网中,逆变器采用虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制模拟同步发电机运行机制,为微网提供惯性和阻尼,改善系统电压频率稳定性。但传统VSG并联系统不具备无功出力合理分配以及直流抑制的能力。首先,从VSG基本原理入手,分析了VSG功率均分机理。其次,为构造积分器,从电压补偿角度提出了一种改进的无功控制方法,实现了无功分配与线路阻抗解耦。在直流抑制方面,利用准谐振控制器重新设计了底层双环控制。同时研究了参数匹配方法,保证VSG功率均分。最后通过Matlab仿真验证了所提策略的正确性和有效性。     

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。     

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。     

基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略

针对低压微网中由于逆变器间的等效输出阻抗和输电线路阻抗的差异,使得采用传统虚拟同步发电机(VSG)控制的多逆变器并联功率均分及环流抑制效果较差问题,提出一种基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略。该策略首先在无功功率环中引入负载电压负反馈和积分环节,减小负载电压波动和实现无功功率与传输阻抗的解耦,提高无功功率分配精度。然后引入动态虚拟复阻抗,降低VSG输出电压跌落,改善电能质量。最后进行了预同步单元的设计,减小并联瞬间电流冲击,加快动态响应。改进后的虚拟同步发电机并联控制策略使输出电压能够稳定在正常范围内,实现了功率均分且具有环流抑制能力。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

微网逆变器的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制

近年来随着微网及分布式发电的快速发展,适用于微网并离网运行的虚拟同步发电机(VSG)控制技术被提出。VSG在下垂控制的基础上进一步模拟了同步发电机的转动惯量和阻尼系数。和下垂控制相比,VSG的响应特性得到了进一步的提高,但无法同时保证频率和功率的动态调节性能。针对该问题,对VSG离网工况下的输出频率和并网工况下的输出功率进行了自适应控制。首先,做出不同转动惯量和阻尼系数下的有功环根轨迹,并结合VSG转子机械方程分析转动惯量和阻尼系数对系统的影响,通过建立转动惯量和阻尼系数的自适应函数关系来对VSG实现自适应控制。最后在MATLAB/Simulink中搭建容量为20kVA的VSG自适应控制模型,并搭建了20kVA容量的VSG实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于无功电压补偿优化的VSG环流抑制策略

针对现有的抑制策略超调量大、抑制环流效果差的问题,提出基于无功电压补偿优化的VSG环流抑制策略。由于并联系统中线路阻抗分布不同,使得VSG端口输出电压存在差异,系统产生环流,因此需分析系统的功率传输特性。首先计算逆变器的并网环流,并用三维图像表示;然后对图像进行分析;再建立同步发电机模型,对VSG输出功率进行调节,运用带电压补偿的VSG控制策略来进行抑制,调节下垂系数,设计补偿的电压量,修正VSG电压差值达到抑制效果。实验结果表明,实验组调节RG2与RG1具有相同的电压,有效控制不发生超调,减少了振荡发生,使得达到目标电压的时间更短,状态更稳定。     

弱电网条件下虚拟同步机与SVG并联系统的暂态稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略因具有较好的频率响应和惯量支撑特性已被广泛用于新能源并网逆变器。针对VSG的无功电压下垂特性对其功角稳定性的不利影响,可通过并联静止无功发生器(static var generator,SVG)来改善。首先,给出了VSG与SVG并联系统的典型控制策略,并利用功角特性曲线分析了VSG电压下垂特性对其暂态稳定性的影响。然后,建立了VSG-SVG并联系统的全阶非线性模型。进而利用T-S模糊模型逼近和线性矩阵不等式方法构建了针对非线性系统的Lyapunov稳定性判据,并定量估计了系统的功角稳定域。最后,分析了电路参数和控制参数对系统稳定性的影响。利用MATLAB仿真及硬件在环实验对理论分析结果的有效性进行了验证。     

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。     

自同步电压源逆变器并联系统控制策略研究

随着新能源发电和微网技术的不断发展,为满足微网系统的特殊需求,研究和讨论了自同步电压源逆变器并联运行控制策略。模拟同步发电机的转子运动方程、一次调频调压特性,给出自同步电压源逆变器的控制框图,分析其对并联系统稳定性及动态响应的影响,并研究了自同步电压源逆变器并联组网技术。仿真和实验表明,所提控制策略可实现自同步电压源逆变器并联系统的稳定运行和动、稳态功率均分,能很好地适应微网的运行要求。     

基于改进型同步逆变器技术的微电网变换器

针对风光储等分布式电源接入配电网(微电网)造成系统"低惯量、欠阻尼"进而导致的稳定性问题,对模拟同步发电机外特性的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术进行了研究。在下垂控制的基础上,通过对电磁方程和机械方程的设计,使得电力电子装置的变换器具有同步发电机的转子转动惯量和阻尼特性,同时具备一次调频调压的能力。同时,对VSG输出功率的动态和稳态特性的矛盾性,提出一种改进型VSG方案。最后,利用MATLAB/Simulink仿真工具,验证所提模型和控制策略的正确性与有效性。     

逆变器并联系统加权功率均分控制方法研究

为提高并联系统容量利用率,深入分析了PQ下垂法实现功率均分的基本原理,提出了基于虚拟阻抗的加权功率均分改进型PQ下垂控制方法。该方法依据按能分配的思想,实现了以各逆变器单元额定视在功率为比例的加权功率均分方案,从而提高了并联系统的有效容量。实验结果验证了提出的加权功率均分控制方法的可行性和有效性。     

离网运行的多微源微网调频调压控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)有差控制的缺点,提出了一种采用集中控制方式的微网频率和电压二次调节方法。按照关于容量比的分配公式,将二次控制器产生的频率和电压调节量分配给各台VSG的功频和电压控制器,提供所需的功率缺额,实现多台VSG频率和电压的二次控制,弥补有差控制缺陷。在MATLAB/Simulink环境下构建2台VSG并联仿真模型,仿真结果验证了二次调节的有效性以及调节量分配原则的正确性;最后设计了小功率实验样机,所得到的并联VSG二次控制实验结果与理论分析和仿真结果一致。