基于动态虚拟电抗的虚拟同步机系统有功环电压动态补偿策略

为解决新型电力系统中的虚拟同步机（Virtualsynchronousgenerator,VSG）在电网电压跌落时出现的功角暂态失稳和过电流问题,对采用VSG控制的并网换流器暂态控制策略进行了改进。为降低故障期间有功功率的参考值进而实现VSG的功角暂态稳定控制,根据VSG的功角特性、有功功率参考值与功角稳定性之间的关系,引入电压动态补偿,并利用相图曲线理论分析了控制策略参数选取对暂态稳定的影响。为限制故障发生瞬间和故障切除瞬间的冲击电流、保证故障期间VSG系统的暂态功角稳定、实现故障限流,提出了一种以指数形式变化的虚拟电抗模型,确定了虚拟电抗的投切参数。仿真实验结果验证了改进策略的有效性。     

考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法

当电网发生严重故障时,虚拟同步发电机(VSG)易发生功角失稳并导致故障电流越限,现有方法大多忽略功角失稳与故障过流之间的内在关联性而将二者单独处理,导致二者难以同时解决。为此,分析了VSG的暂态功角特性和故障电流特性,阐释了产生上述问题的原因及相互关系;基于相图理论分析了多影响因素下VSG的暂态功角稳定性,提出了一种考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法,该方法在自适应调节有功功率指令以保持功角稳定的基础上联合调节无功调压系数,并引入准静态近似虚拟阻抗,同时实现了故障期间VSG的暂态功角稳定和全故障限流。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性。     

基于功角动态补偿的VSG故障穿越方法研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)在电网受到大干扰时会出现和传统发电机一样的暂态功角失稳的问题,无法抑制短路过电流,威胁VSG的稳定运行。为此,提出一种在故障期间导入功角动态补偿的VSG故障电流控制策略。首先分析了短路故障工况下VSG控制存在的功角增大和过电流的原因,在借鉴传统同步发电机暂态功角曲线判稳的基础上,利用VSG控制结构和参数灵活可变的优势,在有功环中导入功角动态补偿控制,并且整定了自适应的功角控制系数;另外根据功角重新整定故障期间无功环中的电压指令值,解决了传统电压环采用积分控制时的无功功率越限的问题。所提方法不仅可以抑制故障过程中不平衡转矩造成的功角持续增大以及短路过电流,而且改善了VSG的频率输出特性。从而实现VSG在电网短路故障下的安全稳定运行。     

基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究

电网发生故障时,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的运行稳定性受到影响,且无法抑制短路过电流,影响其对电网的支撑能力。保证在电网故障下VSG能够继续为微电网提供电压频率支撑是提高电网稳定性的重要方法。针对该问题,该文充分利用VSG灵活可控的优势,提出一种基于暂态功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法。所提方法能够抑制故障期间VSG输出电压与电网电压之间的相位偏移,在保证VSG在故障期间的暂态功角稳定性的同时可以兼顾对短路电流的控制,有效防止VSG短路过电流。通过分析,给出暂态控制策略原理与具体控制流程。仿真与实验结果证明所提VSG暂态控制策略的正确性和有效性。     

提高双馈风力发电机并网系统暂态稳定性的控制策略

提出了改善双馈感应发电机并网系统暂态稳定性的变频器控制策略。首先,分析了双馈感应发电系统的动态模型和控制原理。其次,在双馈感应发电机有功控制环节中引入暂态功角控制,利用风电机组转速的变化,短时吸收或者释放部分旋转动能,加速系统不平衡能量的衰减,减小系统中同步发电机功角波动;在无功控制环节中引入暂态电压控制,系统故障电压跌落后进行快速无功补偿,支持电网电压的恢复和重建;提出了能够同时改善电网暂态功角稳定和暂态电压稳定的控制策略。最后,在Dig SILENT/Power Factory中进行了仿真分析,仿真结果验证了提出控制策略的有效性及其对电网稳定性的贡献。     

基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并网运行时在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡问题,提出了一种基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略。首先,基于状态反馈理论,分析了所提控制方法的物理意义,即该策略是通过在常规VSG有功控制环中加入角频率和电磁功率的高频分量来增强系统暂态阻尼。然后,基于所提的控制方法,建立了系统的有功控制环闭环小信号模型,并通过对系统特征根的根轨迹进行分析揭示了所提控制方法对VSG有功功率振荡抑制的影响。并给出了各状态反馈参数的设计准则,指导了反馈系数的设计。所提控制策略能有效抑制有功指令突变和电网频率突变时VSG输出有功功率振荡,并且不会影响系统的稳态特性。最后,通过仿真和实验对比分析,表明所提控制方法具有更好的有功功率振荡抑制效果,并且能消除稳态偏差,且适用于不同电网强度。     

全功率永磁直驱风电机组暂态稳定性研究

基于矢量解耦控制策略,建立了适用于电力系统暂态稳定分析的直驱风力发电机组在d-q轴坐标下暂态数学模型,其中包含了对直驱风电机组暂态性能有影响的传动链模型;搭建了发电机侧控制策略和网侧控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建了包含传动链的并网型直驱风力发电机组的暂态仿真模型,对直驱风力发电机组进行暂态稳定性仿真.结果表明:当电网电压骤降时,实现了有功、无功解耦控制;当电网发生故障时,发电机转速、有功功率、无功功率和机端电压有一定的波动;直驱机组直流电压升高,因此风电机组需要对直驱风电机组电力电子元件的保护;当电网电压跌落时,直驱风电机组具有发出无功的能力,有利于故障时电网电压快速恢复,从而提高电力系统的安全和稳定性.     

弱电网下并网逆变器正交功率同步控制策略

功率同步控制(power synchronization control,PSC)是电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)连接至弱交流电网的有效控制策略。极弱电网的短路比(short circuit ratio,SCR)接近1,系统稳态功角接近90°的稳定运行极限。电网电压暂降极易引起VSC功角越过稳定极限并出现同步失稳。针对这一问题,该文首先通过相图法对PSC的暂态同步稳定性进行深入的分析,给出一阶同步环的暂态功角响应特性。然后,引入虚拟功率的概念,给出具有正/余弦特性的同步环暂态功角特性。进而,提出一种正交功率同步控制策略,该方法能够防止VSC在不同电网电压暂降深度下失去静态稳定工作点,有效的保证并网系统的暂态同步稳定。所提方法无需检测电网故障工况,且无需进行控制模式切换,提高了并网逆变器的控制性能。最后,通过半实物实时仿真验证所提出控制策略的有效性。     

基于虚拟同步控制的双馈风电并网系统暂态功角稳定研究综述与展望

随着新能源渗透率增加,电力系统惯量、阻尼逐渐降低,稳定性问题日益凸显。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术作为一种提高新能源发电系统主动支撑电网能力的有效手段而获得广泛关注与应用,VSG并网系统暂态功角稳定问题也成为研究热点。首先介绍了电力系统暂态功角稳定分析方法,然后分析了常规双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)接入对电力系统暂态功角稳定的影响,在此基础上,分析了采用不同技术路线的风电VSG并网系统暂态功角稳定分析的关键问题与研究现状,并对VSG并网系统暂态功角稳定的进一步研究进行了展望。     

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。     

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。     

引入暂态电磁功率补偿的VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)增加并网系统惯性的同时,也带来了电网扰动下的有功振荡问题,为此,提出引入暂态电磁功率补偿的VSG控制策略与系统模型降阶方法。建立了系统闭环有功小信号模型,采用根轨迹法分析了暂态电磁功率补偿对VSG功率稳定性的影响,并对比了暂态阻尼策略;进一步,通过去除小信号模型中对系统稳定性影响极小的项,降阶得到系统等效二阶模型,根据二阶模型给出了系统参数的定量设计准则。所提引入暂态电磁功率补偿策略在增加系统暂态等效阻尼的同时,不影响一次调频特性,也不会造成输出有功较大超调。仿真验证和理论分析结果一致,证明了系统控制策略和模型降价方法的有效性及正确性。     

基于虚拟阻抗优化的VSG暂态功角稳定自适应控制策略

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发电机系统的总体控制结构,给出了虚拟阻抗功率模型建立的理论依据。对无功功率控制环路恶化暂态功角稳定性,提出了设置电压增量自由控制支路来实现提高暂态功角稳定性的方法。其次,在无功功率控制环路及电压增量自由控制支路的共同作用下,对“不考虑切除故障”和“考虑切除故障”两种不同的运行工况,提出了能够同时满足暂态功角稳定性和故障电流限制的虚拟阻抗优化方法。最后提出了虚拟同步发电机的暂态功角失稳控制和故障电流限制的自适应控制算法,以满足实际运行工况的需求,通过Simulink仿真模型验证了所提自适应控制策略的有效性和可行性。     

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。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

计及暂态模式切换下垂控制逆变器故障下同步稳定分析

针对下垂控制的逆变器过流能力弱的问题,须在控制中添加电流饱和限制,这使得逆变器存在电压源/电流源暂态模式切换过程。为了分析该模式切换动态对系统稳定性的影响,开展了下垂控制逆变器故障下同步稳定性研究。首先建立下垂控制逆变器同步动态动力学模型,分析电压源/电流源暂态模式切换对等效功角曲线的影响。以此为基础,分别构造了逆变器电压源和电流源运行模式下系统的暂态能量函数,从加减速面积和能量变化的角度揭示了系统同步稳定机理,研究了故障切除时间对系统暂态同步稳定性的影响。进而提出一种基于功率改进控制的优化控制策略,故障下通过切换逆变器的功率控制方式,使故障期间逆变器输出有功功率与无功功率保持稳定,以提高系统同步稳定性,并构建了基于下垂控制逆变器并网系统的仿真模型,验证了同步稳定分析的正确性和提出控制策略的有效性。     

双馈风电机组对并网电力系统暂态稳定性的影响模式分析

分析了双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的励磁特性和暂态响应特性,指出由电磁暂态特征主导的DFIG暂态响应过程快速灵活,不具备类似于传统同步发电机组的功角特性,使其与系统内的同步发电机组间无法构成互同步机制,揭示了DFIG与同步发电机在暂态行为上的本质区别。基于此提出了DFIG以类似于非线性功率源功率的方式参与影响系统暂态稳定性的基本模式,其有功功率和无功功率的暂态特性成为其参与影响系统暂态功角稳定性和暂态电压稳定性的基本方式。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了上述理论分析的正确性,指出DFIG将改变同步发电机组的暂态有功功率输出并导致系统惯性的缺失,从而影响系统内同步发电机组的功角稳定和振荡模式;另一方面,DFIG的暂态无功功率补偿能力决定了其对系统暂态电压稳定性的影响,同时通过改变同步发电机组的暂态有功功率响应来进一步影响系统暂态功角稳定性。     

基于双机并联虚拟同步机系统的自适应控制策略研究

近年来,为了使分布式发电系统呈现类似于同步发电机的特点,基于同步发电机机电暂态分析理论的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制技术受到了世界各国学者的广泛关注。然而多并联VSG系统在并网和故障稳定的过渡过程中存在功率振荡及频率波动,对电力系统的动态响应和稳定性有负面影响。文章介绍了VSG控制策略,建立了两台VSG并联的小信号模型,分析振荡时系统变量的变化情况,并提出一种基于自适应前馈控制的双机并联VSG控制策略。通过角频率的变化自适应增加前馈量补偿系统的功率缺额,提高了系统的响应速度和功率分配精度,抑制系统频率波动和有功功率振荡,保证了系统的快速稳定和安全性。最后在Matlab/Simulink平台上建立了仿真模型,仿真结果证明了所提出控制策略的可行性和有效性。     

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

PLL-GFC（基于锁相环的构网型换流器）具备频率与电压调节能力，然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此，对PLL-GFC型MMC-HVDC（模块化多电平换流器型高压直流输电）暂态同步稳定机理展开研究。首先，介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后，建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型，采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素，由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后，通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型，验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。     

基于可释放动能的双馈风机虚拟惯性控制策略影响分析

针对现有双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)附加虚拟惯性控制策略后存在兼顾频率稳定及暂态功角稳定方面的不足,首先利用DFIG的电压和磁链方程,推导出电磁功率表达式,基于同步发电机功角概念推导出与其类似的DFIG等效功角,并分析了DFIG的调频能力与其等效功角稳定性的关...