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。     

基于自适应虚拟惯性的微电网动态频率稳定控制策略

微电网作为分布式电源的有效载体,通过分布式电源并联连接形成独立电网。而微电网中传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,在负荷频繁波动下易受到较大扰动。为了提高微电网频率的动态稳定性,文中提出了一种基于自适应虚拟惯性的同步发电机的控制策略,该方法模拟同步发电机的行为,构造频率变化率与虚拟惯性的关系,自适应改变虚拟同步发电机控制的惯性,从而提高微电网系统抗干扰能力和过载能力。相比于传统的交替惯性方法,所构造的自适应惯性算法不需要采样频率微分项,避免了引入系统噪声,同时实现了惯量的平滑灵活调节,具有较强的鲁棒性。另外,利用李雅普诺夫稳定理论分析了所提算法的收敛性和稳定性。仿真和实验结果表明所提方法提升了微电网频率的动态稳定性,从而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的微电网延时补偿二次频率控制

虚拟同步发电机控制能够为电网提供虚拟惯量,提高系统的频率稳定,但在通信线路传输延时的影响下,传统二次频率控制动态特性显著恶化。建立包含二次调频环节、通信延时环节的微电网完整小信号状态模型,基于该模型对虚拟同步发电机接入后的微电网频率稳定进行了研究,讨论虚拟惯量等重要控制参数对微电网频率控制延时边际的影响。针对通信延时对频率控制的负面作用,设计含虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制策略,在原有控制回路中增加延时响应预测环节以补偿通信延时影响。利用PSCAD/EMTDC仿真对比了是否包含延时补偿下系统的频率响应,结果表明所提延时补偿控制策略能够有效提高微电网频率控制对通信延时的鲁棒性并增强系统的频率稳定。     

一种提升交直流混合微电网动态特性的综合惯量控制方法

针对交直流混合微电网功率平衡及惯性低的问题,考虑风机、储能惯性支撑能力,提出一种交直流混合微电网综合惯量控制方法。首先,基于交直流混合微电网拓扑结构,简要分析综合惯量控制原则。其次,详细推导混合微电网中风机、储能可提供惯性输出功率的表达式,提出风储联合惯量控制策略。针对混合微电网功率平衡问题,利用交流频率与直流电压之间耦合关系,推导出互联变换器惯性传输功率表达式。最后,建立交直流混合微电网仿真模型,验证了所提综合惯量控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略可充分利用储能大惯量特性,联合风机参与调频调压,为系统提供惯性支撑。该策略维持混合微电网功率平衡的同时保证了两侧子网的电能质量,实现了混合微电网的动态性能提升。     

基于虚拟惯性自适应算法的电动汽车控制策略

针对电动汽车双向DC/DC变换器,提出了一种虚拟惯性自适应控制策略。首先对电动汽车接入的交直流混合微电网的换流器采用虚拟同步发电机技术进行控制,以此提高微电网的频率稳定性。然后,对电动汽车双向DC/DC变换器采取虚拟惯性自适应控制,使其能够为直流网络的电压提供惯性支持,又可以在负荷出现波动时抑制直流电压变化过快,负荷波动消失时使电压迅速恢复至额定值。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建含电动汽车的交直流混合微电网模型并进行测试。测试结果验证了所提控制算法的正确性与有效性。     

改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源控制策略

基于电力电子换流器并网的分布式能源对微电网系统的惯性几乎没有贡献,这将成为分布式能源大规模接入微电网之后面临的新问题。虚拟同步发电机控制策略作为一种能够使含储能装置的分布式逆变电源具有虚拟惯性的方法,对改善微电网系统频率的稳定性具有重要作用。在理论推导及分析虚拟同步发电机控制与微电网关系的基础上,提出了一种改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体控制策略,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变电源的上层控制中,底层控制则根据同步发电机的并网矢量关系得到。最后,搭建了简单微电网系统的Matlab/Simulink仿真模型及物理实验平台,通过仿真和实验充分验证了所提虚拟同步发电机控制方法对微电网频率稳定性的支持作用。     

影响风电一次调频能力的参数选取

变速风力发电机本身没有频率调节能力,因此随着孤岛运行的微电网中风电渗透率的增加,系统频率调节能力越差,提出在风电机组转子侧附加虚拟惯量和转速控制环节使风力发电机主动响应频率变化,参与系统的一次频率调节,由于风电调频效果受多个因素的影响,因此要达到最佳的调频性能就需分析影响风电调频能力的参数并选取合适的参数值。通过增大微电网中风电渗透率验证所提控制策略对提高系统频率稳定性的作用,并分析风电机组与常规同步发电机的一次频率调节系数以及风电机组预留的备用大小对微电网一次频率调节的影响,通过仿真,选取合适的调频参数从而充分发挥风电机组的调频能力,减轻同步发电机的调频压力,增强系统的频率调节特性。     

基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制策略

针对复杂海况下船舶微电网由于负载投切导致频率偏移越限及船舶微电网二次调频控制器设计的问题，提出一种基于无模型自适应控制(MFAC)的船舶微电网二次调频控制策略。对包含未知船舶负载扰动的虚拟同步发电机转子运动方程进行离散化处理，通过紧格式动态线性化处理方法给出关于虚拟同步发电机输出角频率与虚拟输入机械功率离散后的数据模型，并将未知负载扰动合并到一个非线性项中；根据数据模型设计MFAC控制器，并给出伪偏导数估计算法；采用径向基神经网络观测器对包含船舶负载扰动的非线性项进行观测，并结合无模型自适应控制改进虚拟同步发电机控制策略，给出船舶负载扰动下的船舶微电网二次调频控制方案；构建船舶微电网二次调频系统；最后在仿真模型中验证了所提控制策略的准确性和有效性。     

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。     

一种风力机虚拟惯量控制与传统发电机调速控制的协调方法

风力机虚拟惯量控制能够有效减小风电并网系统频率下降的幅值和速度,但也相应地减小了传统同步发电机调速器的控制输出,导致系统频率恢复时间变长,且可能导致系统频率的二次下跌。建立了风电并网系统的仿真模型,分析了虚拟惯量控制对于系统频率支撑作用的机理,基于负荷扰动过程的能量分析提出了一种风力机虚拟惯量控制与传统发电机调速控制的协调方法,将虚拟惯量控制辅助功率和风力机转速恢复所需消耗的功率补偿到传统发电机调速器的负荷参考中,从而提高系统频率的恢复速度,并可防止系统频率的二次下跌。理论分析表明了该补偿方法不会造成系统频率的过调节。仿真计算验证了所提方法的有效性。     

基于协同控制优化风储系统频率响应的策略研究

风电机组的友好型调频控制对改善风电并网系统的频率响应特性具有重要作用。该文在分析最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)运行风电机组,利用变比例系数调速、飞轮储能基于功率调节实现频率支撑可行性的基础上,从优化风储系统频率响应特性出发,基于协同控制理论,提出飞轮储能协同MPPT运行风电机组提供频率响应的两层协同控制方案。通过将频率偏差和风电机组虚拟电气惯量线性组合构成宏变量,并利用宏变量的零输入响应控制流形,设计实现不同风速风电机组协同提供频率支撑的变比例系数调速策略。进一步,基于频率偏差、储能调频功率指令和风电机组虚拟惯量的线性组合构成宏变量,采用相同的控制流形设计飞轮储能协同风电机组提供频率支撑、快速恢复风电机组MPPT运行和避免频率二次扰动的附加调频有功调节策略。最后,利用风电并网系统的负荷频率扰动,验证所提协同控制的有效性,结果表明,该策略不仅有助于提高系统恢复同步稳定的动态特性,而且能够降低同步发电机参与调频的有功调节速度要求。     

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。     

柴发主电源型孤岛微电网频率优化控制方法

针对以柴油发电机(Diesel Generator,DG)为主电源的孤岛微电网,存在负荷扰动下频率波动大、动态响应慢等问题,本文提出一种改进辅助调频方法以改善系统的动态响应过程。首先,建立了柴油发电机系统的模型,分析了柴发主要参数包括转动惯量、响应延时对柴发动态过程的影响。其次,提出储能(Energy Storage System, ESS)在下垂控制的基础上,增加惯量调频的方法进行辅助调频,并给出了适用于工程应用的储能辅助调频参数设计以及储能功率裕度设计方法,并通过建立柴储并列的小信号模型分析了该系统的稳定性。最后,搭建了柴储微电网的动模试验平台,试验结果表明,应对微电网内的静止负荷或者电动机类负荷,本文所提控制策略均可以有效减小系统在动态过程中的频率波动。     

基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制

微电网孤岛模式下的频率稳定性是微电网安全稳定运行的重要保证。为提高微电网频率动态特性,通过在双馈感应风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)中加入虚拟惯量控制环节,增加微电网惯性,释放转子中储存的部分动能为微电网频率提供动态支持;为解决虚拟惯性控制环节加入后转子转速恢复过程中DFIG的有功功率跌落问题,采用桨距角控制,在频率跌落时释放DFIG备用功率,从而弥补转速恢复过程的功率跌落,并减小电网的稳态频率偏差。结合DFIG虚拟惯量特性和桨距角控制,配合柴油机的一次调频功能,有效抑制了负荷变化引起的微电网频率波动。最后在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中建立含柴油发电机、光伏电池、DFIG的微电网控制模型,验证了所提策略的有效性。     

基于二次调频的VSG自适应反推鲁棒控制研究

针对微电网中逆变器模型的非线性特征、参数摄动、及大负荷扰动造成的频率波动问题,提出一种基于二次调频的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)自适应反推鲁棒控制方法。在建立包含参数摄动以及输出侧负荷扰动VSG数学模型的基础上,通过李雅普诺夫函数设计出VSG的反推自适应控制律,并证明了系统的稳定性;将VSG自适应反推鲁棒控制与二次调频技术相结合,当频率偏差超出设定范围,则启动二次调频,使频率快速恢复至较小范围;自适应反推鲁棒控制算法则能快速自适应补偿系统的不确定性,在小偏差范围内具有较好动静态性能。使系统兼具大偏差快速恢复,小偏差动态响应好的特点。MATLAB/Simulink环境下的仿真结果验证了方法的有效性。     

微电网孤岛运行时的频率控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态数学模型的新型微电网逆变电源,即虚拟同步发电机。详细分析了将传统电力系统中集中式频率控制引入微电网的可行性。微电网孤岛运行时,将虚拟同步发电机分为非调频发电单元和调频发电单元,前者既能按照功率调度指令发电,又能参与一次调频,缓解扰动情况下系统频率的波动,后者提供微电网参考电压,并利用二次调频实现频率的无差控制。还指出了分散式频率控制存在的问题,并给出了集中式频率控制的基本结构。Matlab/Simulink的仿真结果表明了该控制策略的正确性和可行性。     

基于等效氢耗特征的孤岛电-氢混合储能多微电网功率自适应分配控制方法研究

在含电–氢混合储能系统的复杂多微电网中，为解决不同规模及类型微源所导致的公共负荷难以合理分配进而使交流母线电压频率失稳的问题，提出了一种基于等效氢耗的孤岛复杂多微电网功率分配自适应控制方法。该方法将微电网内不同微源承载能力等效为氢耗，统一评估不同微电网的载荷裕量，并根据实际微源的动态特性和运行机理自适应改变多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次调频分配系数，实现了通过分布式控制对公共负荷的实时合理分配。此外，所提出的VSG自适应控制方法通过识别频率变化快慢，使转动惯量和阻尼系数协同自适应控制。实现了减小频率波动超调量的同时提高系统的响应速度。最后，开展半实物实验，对所提方法的有效性进行了验证。     

辅助风电响应电网一次调频的储能VSG自适应控制策略

针对储能常采用配合频率偏差、经典下垂控制策略下的通用模型并没有类似同步发电机的虚拟"惯性"和"阻尼"特征,不能够充分发挥储能的优势问题,提出了一种辅助风电响应电网一次调频的储能虚拟同步发电机(VSG)虚拟参数自适应控制策略。在风电中通过附加储能一次调频单元来提供惯性和阻尼支持,使得风-储发电系统具备同步发电机的惯性和阻尼特征。结合同步机暂态过程中不同阶段的系统频率特性来配置虚拟惯量和阻尼系数,通过在不同控制方案下的典型区域电网阶跃扰动进行了仿真对比,证明了所提控制策略的有效性。     

独立微网中虚拟同步发电机的频率自恢复控制策略

在采用虚拟同步发电机控制的独立微电网中,为使频率获得良好的动态响应特性,利用虚拟同步发电机的储能单元参与二次调频,提出一种独立微网中虚拟同步发电机的频率自恢复控制策略(frequency self-recovery,FSR);并对双机二次调频系统进行了稳定性分析;该控制策略能够根据频率偏移自动在一次二次调频控制策略间切换,有效抑制频率越限,使频率较快恢复,且能在不依赖复杂通信系统的情况下有效提高独立微网的频率稳定性,具有较高的可靠性。仿真分析验证了文中所提方法的有效性。     

面向频率稳定提升的虚拟同步化微电网惯量阻尼参数优化设计

为了解决电力电子化微电网惯性小、频率稳定性弱的问题,该文采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术来提升微电网的稳定性。VSG能够模拟传统同步发电机的惯量和阻尼等特性,为系统提供惯量和阻尼支撑。首先建立含虚拟同步发电机的微电网模型,然后研究VSG的虚拟惯量和虚拟阻尼对频率稳定的影响,并提出面向频率稳定的虚拟同步化微电网虚拟惯量和虚拟阻尼参数优化设计方法来提升系统的频率稳定性,最后以3机9节点的虚拟同步化微电网系统为例验证该文方法的有效性。