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。     

虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过模拟同步发电机的运行特性,主动参与并网点电压支撑和电网频率调节,可有效提高电力电子化电力系统的稳定性。当电网故障时,VSG存在与同步发电机类似的功角失稳问题,此时传统的小信号稳定性分析理论已不再适用。针对这一问题,首先建立VSG的数学模型,采用相平面法解析VSG的暂态功角轨迹,研究电压跌落深度、控制参数和有功出力水平对VSG暂态稳定性的影响,考虑阻尼情况下,根据扩展等面积法分析了VSG的暂态稳定边界条件;然后,提出一种电网故障期间自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,降低有功功率不平衡,在电网严重故障期间确保稳态工作点的存在,提高系统的暂态稳定裕度;最后,通过基于RT-LAB的半实物仿真平台验证理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

弱电网下提高VSG稳定性的虚拟阻抗方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)因其良好的动态性能已经被广泛应用于新能源并网中.由于新能源大多地处偏远,分布式电源的接入位置分布广泛,导致电网等效阻抗增大,表现出弱电网特性.在dq坐标系下建立VSG等效输出阻抗模型,基于阻抗的稳定性分析方法,分析VSG和电网之间的交互...     

虚拟同步发电机稳定性分析与参数设计

在电压电流双闭环内核外级联功率控制外环构成的虚拟同步发电机(VSG)控制方案可引入惯性到逆变器中,从而增强并网后对系统稳定性的支持。针对此种VSG的参数设计和稳定性问题,提出了一种由线性化系统模型特征值灵敏度矩阵引导的VSG参数整定方法。由于级联控制回路之间的相互作用以及系统动态对控制器参数的复杂依赖性,使传统的参数整定方法在低开关频率下效果欠佳。而新方案以迭代优化的形式实现,可确保系统稳定性,并使系统特性值从关键位置处移开。最后,开展了时域对比仿真,验证了相对于传统参数设计方案,采用新方案设计的参数明显改善了VSG的动态性能。     

电网不平衡工况虚拟同步发电机优化控制

虚拟同步发电机(VSG)以模拟机转子运动方程和调频/调压特性为控制内核,可在并/离网工况下实现单模式运行控制,在主动配电网和微电网领域应用前景良好.然而,当电网不平衡时,VSG需要同时兼顾对并网负序电流的抑制及离网独立运行的系统稳定性.在此分析了电网不平衡工况下,传统电压源VSG常规控制策略的局限性和系统离网独立运行时...     

基于谐波状态空间理论的LCL型并网逆变器谐波交互及稳定性分析

电网的逐渐电力电子化引发了谐波谐振、系统不稳定。为获得系统详细的谐波交互情况和不稳定模式,针对三相LCL型并网逆变器,首先基于谐波状态空间(HSS)理论建立其双电流环控制下的数学模型;其次深入研究公共连接点处电网背景谐波电压对逆变器直流侧电压和交流侧电流的影响,以及直流侧电压扰动对交流侧的影响;同时推导出谐波交互的耦合系数矩阵,并分析耦合特性;然后在HSS数学模型的基础上,利用阻抗分析法揭示了弱电网情况下逆变器谐波振荡产生的机理;最后将实验、仿真模型结果与数学模型结果进行了对比,验证了数学模型的有效性以及理论分析结果的正确性。     

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。     

基于虚拟同步发电机技术的变换器控制方法综述

虚拟同步发电机技术,因其能够控制电力电子变换器具有同步发电机惯性以改善电网稳定性而成为近期的研究热点。阐述了虚拟同步发电机技术的原理,介绍了现有的三大类典型性的虚拟同步发电机技术方案及其控制策略,对比了各自的运行特点,最后对虚拟同步发电机技术进行了总结并对虚拟同步发电机技术今后的发展与应用进行了展望。     

弱电网下基于准静态模型的混合控制微电网逆变器同步稳定性研究

当多逆变器并联接入弱电网时,高电网阻抗与逆变器间的相互作用,易引发逆变器并网同步过程中的稳定性问题。针对弱电网下电流电压混合控制型微电网(HMG)逆变器的同步稳定性,通过建立准静态模型,分析锁相环(PLL)和虚拟同步机(VSG)在HMG系统中的同步机制,讨论PLL和VSG同步环间相互作用对电流(电压)控制型逆变器稳态工作点的影响,进而得到弱电网下HMG同步稳定性与电网阻抗、电网电压之间的关系。在此基础上,考虑弱电网下发生的电网电压跌落故障,对HMG同步稳定性与各逆变器稳态工作点、同步环参数之间的关系进行分析。实验结果验证了理论分析的正确性,为实际中HMG给定指令和同步参数的合理配置提供指导。     

双馈风电机组的虚拟同步控制及弱网运行特性分析

采用传统矢量控制的风电机组对外表现为电流源特性,大型风电机组在接入配电网环境时容易引发电压失稳、缺乏惯量等问题。为此,研究了基于虚拟同步风电机技术的双馈风电机组控制方法。在详细分析影响并网点电压因素的基础上,研究电网等效阻抗对静态电压稳定性的影响。给出一种虚拟同步控制下双馈风电机组并网频率、电压的调节方案。研究结果表明,相对矢量控制方法,虚拟同步控制的双馈风电机组在弱电网下具有良好的电压稳定性。此外,该控制方法在降低机端电压冲击以及提供电网频率支撑等方面具有明显优势。仿真结果验证了所给虚拟同步控制策略的可行性和有效性。     

基于虚拟同步电机控制的微电网稳定性分析

随着微电网中电力电子器件的大量接入,多电源与负荷的动态特性相互耦合,使得微电网系统中稳定分析问题成为研究热点。针对基于虚拟同步电机控制的微电网系统,提出了一种含多分布式电源的系统非线性状态空间建模方法。建立了含分布式电源、线路和负荷的微电网统一状态空间方程。基于所建立的状态空间方程,运用特征根分析法研究了影响微电网系统稳定性的因素。并利用分岔理论研究了虚拟同步电机控制关键参数和系统拓扑结构参数对系统稳定性的影响。在PSCAD/ETMDC仿真平台搭建了基于虚拟同步电机控制的微电网模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机暂态稳定协同控制

虚拟同步发电机(VSG)技术能够为可再生能源的接入提供惯性和阻尼,实现可再生能源的友好入网,改善系统稳定性,但受容量限制,VSG暂态稳定性面临着严峻的挑战。为此,分析VSG无功参考值对其暂态稳定性的影响,在此基础上,基于协同控制理论提出以虚拟功角和频率为宏变量的VSG暂态稳定协同控制策略。不同情况下的算例验证了所提VSG暂态稳定协同控制策略的正确性和有效性。     

基于最优阻尼比虚拟同步发电机的优化控制策略

针对微电网中可再生能源渗透率越来越高,微电网惯性和阻尼不足等问题越来越突出,随即一种新的控制方式即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术被提出。区别于传统同步电机,虚拟同步发电机可以实时的控制电机参数获得系统稳定。文章从传统同步发电机有功控制环出发,结合功角特性曲线和频率振荡曲线分析惯性参数和阻尼系数对系统稳定性的影响。在现有控制方式的基础上提出一种基于最优阻尼比的惯性参数和阻尼系数共同自适应的控制策略。最后在Matlab/Simlink中通过离网和并网仿真分析验证所提策略的正确性和有效性,结果证明能够有效抑制系统的系统波动并具有很好的动态性能。     

基于矩阵的迹的弱电网下永磁直驱风电场直流电压时间尺度小扰动振荡稳定性分析

弱电网下锁相环与直流电压环强交互作用给并网永磁直驱风电场稳定运行带来了安全隐患,以往研究主要采用基于具体仿真算例的模式分析法研究弱电网下风电场系统的锁相环或直流电压环稳定性规律,无法揭示所得稳定规律的内在机理.为此,建立考虑直流电压环和锁相环动态的并网永磁直驱风电场降阶模型,推导出系统状态矩阵的迹的数学表达式,从理论分...     

不平衡电压下虚拟同步发电机功率控制策略

通过对电网电压不平衡下虚拟同步发电机输出功率的分析,提出了基于静止坐标系的功率控制策略,在不需要锁相环的情况下,利用负序电压控制分别对有功、无功功率振荡或三相电流不平衡进行抑制,既保证了虚拟同步发电机电压控制的电压源性质和惯性特性,又能够使分布式电源根据不同需求输出恒定的有功、无功功率或三相平衡电流。利用PSCAD/EMTDC软件仿真及基于RTDS的实时数字物理闭环实验,验证了所提控制策略的有效性,并对各控制策略的特性进行了量化分析。     

Analysis of the self-excited three-phase synchronous generator utilizing the second space harmonic for excitation

In a previous paper, we proposed a new self-excited three-phase synchronous generator in which the second space harmonic component of the armature reaction field is used for exciting the field system, and clarified its operating principles and basic characteristics by experiment. The new generator has a series excitation characteristic, and responds quickly to a sudden change of load, because an excitation power can be directly obtained from the armature reaction field. This paper introduces a method for analyzing the steady-state performance of our new generator. In the analysis, an equivalent circuit of the generator is derived from a duality between interlinked electric and magnetic circuits. A simple determination method of parameters in the equivalent circuit is also shown. Calculated results are compared with the experimentally obtained values on a laboratory machine, and good agreement between both values has been observed. The proposed analysis is useful for simulating the steady-state performance of the generator by taking into account the nonlinear effect of the iron core due to magnetic saturation. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 121(1): 70–81, 1997     

电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术通过模拟同步发电机运行机理,在理想电网条件下能够使分布式电源友好接入电网。然而,在不平衡电网电压下,则会出现输出功率振荡、电流不平衡等问题。为克服这些问题,提出了一种基于静止坐标系下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略。该控制策略根据瞬时功率理论计算负序电流参考值,建立了恒定有功、无功及电流平衡3个控制目标的统一解析表达式,实现功率-电流的协调控制,提高了系统运行性能。最后仿真结果验证了所提控制策略的有效性。