无储能单元的负荷虚拟同步机控制研究

近年来对虚拟同步机技术的研究多是通过配置储能单元对系统进行一次调压调频,维持系统稳定。此处提出一种无需配备储能装置的负荷虚拟同步机(LVSM)的控制方法,针对直流侧负荷可调一类场景,通过利用直流负荷的电压-频率特性并结合虚拟同步机技术,为大电网系统提供惯性与阻尼的支撑,对电网进行一次调节,实现电网的源-网-荷友好互动。在分析工作原理的基础上搭建了以SPACER为控制核心的全桥整流器实验平台,在不同工况下对LVSM的惯量补偿模式和一次调节模式进行了验证。     

变频空调负荷虚拟同步机化改造及其参与微网互动调控

为了提高微网系统运行的安全稳定性,充分发掘海量空调负荷资源的可调潜力,从而增强负荷响应自主性,在对空调压缩机电机控制电路改造的基础上,提出了一种变频空调负荷虚拟同步机群参与微网调频的控制方法。首先对变频空调压缩机电机进行负荷虚拟同步机控制改造,建立其控制模型;然后将空调压缩机电机进行聚合等值,便于其参与微网互动调控;接着建立了变频空调负荷虚拟同步机群参与微网互动的控制架构;最后提出变频空调负荷参与微网一次和二次调频的策略,并通过对变频空调负荷虚拟同步机群控制仿真,验证了负荷虚拟同步机化改造能够有效提升空调负荷参与调频的能力。     

基于虚拟电阻的电动汽车负荷虚拟同步机调频性能优化策略

负荷虚拟同步机(LVSM)技术可使电动汽车(EV)充电桩等负荷主动参与电网调频,但在EV两级式充电结构中,基于比例积分(PI)控制的后级DC/DC变换器的特性会削弱LVSM的调频性能。为此,提出一种虚拟电阻(VR)控制策略,通过重塑后级DC/DC变换器的输入阻抗为阻性,优化了LVSM的调频性能,充分发挥了LVSM的网荷互动能力。从理论上对比了采用传统PI控制和所提出的VR控制时,负荷扰动后电网频率偏差、各台LVSM直流母线电压和充电电流变化量的响应过程,结果表明VR控制通过充电电流调节过程使电网频率稳定性有所提升,且未对LVSM直流母线电压的稳定性造成不良影响。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提控制方法的有效性。     

基于空调负荷的虚拟储能参与调频的控制策略

随着风电场装机规模增大,风电并网对电力系统的频率冲击愈发不容忽视。建立了由电池储能系统(BESS)和空调负荷群(ACLs)构成的虚拟储能系统(VESS),并提出了一种适用于VESS的内部协调控制策略来提高电力系统频率稳定性,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了本文提出方案的正确性。     

含虚拟同步机的微电网频率稳定约束优化调度模型研究

多类型虚拟同步机(virtual synchronous machine,VSM)的混杂并网增加了微电网运行控制的复杂性,不同资源的功率协调控制与能量管理是含VSM的微电网需解决的关键问题。该文计及各类型VSM(风机VSM、光伏VSM和储能VSM)的虚拟惯量和有功调频特性,对含VSM的微电网整体惯量和备用容量需求进行修正计算。在此基础上,考虑微电网在并网与孤岛运行模式下频率响应能力的差异性,构建一种含多类型VSM的微电网频率稳定约束优化调度模型,以提升微电网在不同扰动场景下的稳健运行能力。在改进的IEEE 13节点微电网系统中开展算例分析,仿真结果表明所提模型相较传统模型具有更好的频率适应性。     

负荷虚拟同步机惯性与阻尼自适应控制策略

虚拟同步机(VSM)技术通过模拟传统同步机转子惯性和系统阻尼,对电网提供惯性支撑。然而,阻尼与惯性的引入使得变换器的动态响应速度变慢,当变换器对输出功率进行主动调节时,无法快速、平稳地到达给定值。针对这一问题,提出一种惯性与阻尼自适应调节的负荷侧VSM优化控制策略。该控制策略通过在功率调节不同阶段,自主调节VSM的惯性J和阻尼D,实现对输出功率的优化控制。为了验证该控制策略的有效性,建立了VSM的MATLAB/Simulink模型,对其进行了仿真实验。仿真结果表明,与传统控制方法相比,基于该控制策略的同步机有功功率调节速度更快,调节过程中的波动和超调更小,具备更好的动态调节性能。     

负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制

负荷虚拟同步机(LVSM)是一种电网友好型负荷并网接口,但其本身不具备低电压穿越能力。为此,文中提出一种适应电网对称与不对称故障的LVSM低电压穿越控制方法。首先,提出LVSM的统一拓扑及其基本控制策略。在基本控制策略的基础上增加电网电压正序分量提取、低电压穿越检测、功率指令变更策略、故障期间使能的负序电流抑制、故障期间电流环输入限幅5个环节,实现电网故障短时间内LVSM不脱网、负荷稳定运行,并最大限度地为电网提供无功支撑。由于LVSM在故障期间保持惯性功率控制,故障结束后功率振荡平滑且有惯性,可有效减轻对电网的暂态冲击。硬件在环实验验证了所提低电压穿越控制方法的有效性。     

适用于电动汽车充放电功能的虚拟同步机技术的研究

针对典型可控负荷电动汽车,提出一种基于虚拟同步机技术的充放电控制策略.采用两级式拓扑进行研究,前级AC/DC控制引入基于充放电模式的新型虚拟同步机技术,使电动汽车具备传统同步机相似的惯量、阻尼及频率、电压调节特性的同时,该控制中设置的充放电方式防止电池满充满放,提高使用寿命;将直流母线电压的双闭环控制应用于后级DC/DC控制,提高直流接口的电压稳定性.该控制的特点是虚拟同步机和充放电控制均由前级整流器实现,具有较好的协调性.在MATLAB/Simulink平台中通过典型算例证明,在不同初始电池状态、不同电网负荷和分布式电源接入情况下,所提控制策略使电动汽车不仅能向电网提供惯量、阻尼支撑,还可根据电网频率、电压变化情况自动调整有功、无功功率实现功率双向调节,满足用户需求的同时提高电网动态稳定性.     

基于虚拟同步机的双馈风电机组自适应控制

为了保障风机参与有功调频后的运行稳定,在研究双馈风电机组的虚拟同步控制的基础上,切实考虑了风机运行工况和电力系统调频需求两方面的情况,将风速和频率偏差值作为模糊逻辑控制器的输入信号,来相应地调节虚拟同步机的虚拟转动惯量参数,实现了双馈风电机组参与有功调频的自适应控制。仿真结果表明,采用该方案的双馈风电机组在保障自身平稳运行的同时,能适应不同的风速和电力系统的调频需求,合理地调整自身的调频出力水平。     

Load levelling by control of air conditioner operation

The recent drastic increase in the number of air conditioners has caused sharp and narrow peaks in summer seasons due to the inherent temperature-sensitive characteristics. The authors propose a method to reduce the peak power demand by controlling air conditioner operations, and verify its effectiveness on clipping peak demand. However, former study has shortcomings in that no qualitative treatment of room temperature or comfort was attempted, and it did not provide a way of assessing peak demand clipping in a power system as a whole. In this paper, the authors propose a new control method that can deal with the maintaining of comfort and the reduction in power demand. Although air conditioners are used for “comfort,” this contradicts the reduction of power consumption and furthermore the concept of “comfort” is very vague. Hence, Weber-Fechner's law is utilized to quantify the pleasant feeling which is treated as a fuzzy quantity. A fuzzy coordination method is used to resolve this difference between power demand curtailment and comfort. The second part of this paper prepares an approach for assessing the amount of peak load clipping when the newly proposed control strategy is adopted in a real-size power system. A decrease in the required generation capacity is estimated provided that the loss of load probability (LOLP) is maintained at the same level before and after the application of the new control strategy. The reduction can be regarded as a dividend of load management.     

双级式有功备用光伏虚拟同步机控制策略

大规模光伏并网发电导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题,迫切需要光伏系统主动参与电网频率调节。以双级式光伏拓扑结构为基础,提出有功备用跟踪的光伏虚拟同步机控制策略。DC\DC侧根据光伏单元运行的最大功率点确定系统的有功备用点,使系统运行在有功备用模式;当电网频率扰动时可调节光伏单元的有功输出来参与一次调频。逆变侧采用与同步机等效的下垂控制方案,将高压直流侧电容模拟为虚拟转子响应功率动态调节,并通过PI控制维持直流电容电压恒定。建立光伏有功调频的小信号模型,运用传递函数分析了直流电容参数对动态性能的影响。在辐照度突降、电网频率突变以及不同系统参数下进行仿真分析,证明了所提方案的有效性。     

面向需求响应的变频空调负荷建模与运行控制

近年来,空调类电力用户数量迅速增加,成为了电网高峰负荷的主要组成部分。空调负荷作为典型柔性负荷,可利用其热惯性参与需求响应,为电网提供有效可调容量。区别于有关定频空调的研究,基于变频空调的负荷特性构建其物理模型,从控制后总功率和最大控制时长两个维度对变频空调集群的调节潜力进行评估。在此基础上,根据变频空调负荷聚合商在需求响应日前市场的成交量,以变频空调集群功率削减量与成交量偏差以及用户舒适度变化量最小化为目标,提出了基于双层分组轮控的变频空调负荷优化控制策略。仿真结果表明,所提策略不仅能够通过分组轮控延长变频空调集群最大控制时长,还具有良好的用户友好性,对于变频空调集群参与电网需求响应具有指导意义。     

多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制方法

虚拟同步机是一种可以改善分布式能源并网兼容性的技术手段。目前有关虚拟同步机滑模控制的研究大多数仅针对于单机系统。由于单机系统无需考虑多机系统中出现的虚拟惯量等参数之间的耦合影响,这导致现有的滑模变结构控制策略不适用于多虚拟同步机系统,当功率波动时系统频率有可能产生振荡。针对上述问题,提出了多虚拟同步机虚拟惯量的整定判据,并基于整定判据提出多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制策略,可以使系统中各台机组在扰动状态下输出稳定频率。通过自适应滑模变结构控制策略使得多虚拟同步机组在功率波动时输出稳定的频率,从而避免系统频率失稳。最后,通过搭建PSCAD仿真模型验证了理论分析的正确性及有效性,所提控制方法可提高多虚拟同步机系统的稳定性与鲁棒性。     

Improvement of synchronous machine transient response by fast-acting phase-shift control

The transient response of a synchronous machine connected to a large system can be improved by the insertion of fast-acting phase shift. The concept is described in simple terms using the equal-area criterion and by computed results using a typical mathematical model. A strategy is then outlined to minimise the system disturbance.     

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。     

基于虚拟同步机技术的六相电驱复用型车载充电系统

电驱复用型车载充电(EDROC)系统通过复用电驱系统推进电机绕组、大定额逆变器装置与控制电路,能够分时执行电驱与充电两种变流功能,在成本、功率等级以及功率密度等方面具有显著优势。本文针对电网波动情况下三相交流接口不稳定的问题,引入了虚拟同步电机(VSM)控制,确保EDROC系统安全稳定运行。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,利用六相电机多控制自由度的优势,将基波平面的转矩产生分量映射到x-y谐波子平面,从而实现在充电过程中无电磁转矩产生;然后,建立了三相AC/DC接口的VSM控制数学模型,使变换器模拟同步电动机运行;最后,搭建了试验样机进行实验,结果为电流总谐波失真度(THD)为2.91%,满足国标,并且系统能够及时响应频率变化,结果表明所提方法具有理想的功率调节以及零电磁转矩性能。     

考虑用户需求的电动汽车虚拟同步机辅助调频控制策略

大量电动汽车(EV)入网可为电网提供辅助调频服务.针对车网互动(V2G)造成的惯量、阻尼缺失的问题,采用虚拟同步机技术,使得EV具有与同步发电机类似的惯性阻尼特性和频率调节特性.针对EV辅助调频问题,提出考虑用户充电需求的EV智能充放电控制策略.首先,提出调频参与度因子,根据期望荷电状态以及用户的计划充电时间自适应确定一次调频系数,进而得到一次调频功率;然后,充分考虑车主需求,设计T-S型模糊控制器,根据电网频率偏差及调频参与度因子得到二次调频功率,实现EV的智能充放电;最后,在不同电池初始状态以及用户需求情况下进行仿真验证.仿真结果表明,所提控制策略可以根据电网频率波动情况以及用户充电需求程度智能控制EV进行充放电,在满足用户充电需求的情况下参与电网辅助调频服务,减小了电网频率波动,提高了电力系统的稳定性.     

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。