基于虚拟同步电机的微电网二次调频技术

传统虚拟同步发电机属于一次调频技术,在负载功率波动后,频率无法恢复至额定值,严重时影响微电网系统的安全性,为消除大幅度负载波动时频率稳态误差,提出了一种基于虚拟同步电机技术的二次调频方案.首先,将频率外环计算得到的频率偏差通过PI控制器自动产生前馈功率,对频率—有功下垂控制器输出的参考机械功率进行补偿,并将它们共同作为...     

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...     

采用自适应在线模型辨识的微电网二次调频策略

各种模型未知的商业变流器的接入、供电及负荷设备的频繁投切以及网络结构的变化导致微电网系统模型具有不确定性和时变性的特点.针对基于传统比例-积分控制和采用参数化预测模型的模型预测控制等微电网二次调频策略存在的系统机理建模复杂、在线更新困难、定阶非机理建模难以适应全工况建模需求以及参数化预测模型求解复杂等问题,提出了基于自适应在线模型辨识的动态矩阵控制(DMC)二次调频策略.该策略由两部分构成:第1部分为自适应模型辨识,该部分将赤池信息准则模型阶次寻优方法和遗忘因子递推最小二乘法结合起来,实现对微电网等值最优模型的辨识;在第2部分DMC二次频率调节策略中,利用已获取的微电网等值最优模型来实时更新DMC二次调频算法的预测模型,通过滚动优化控制快速恢复系统频率.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建微电网仿真算例,验证了所提辨识方法和频率控制策略的正确性和有效性.     

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。     

基于改进MFAC的交直流微电网分布式二次控制

针对现有交直流微电网分布式二次控制(distributed secondarycontrol,DSC)受分布式电源一次控制参数影响较大、通信拓扑结构复杂、二次控制参数难以整定等问题,提出基于改进MFAC的交直流微电网DSC(MFAC-DSC),利用分布式电源的历史采样数据在线估计其动态线性化参数,解决了传统方法受一次控制参数影响较大的问题;通过优化DSC的通信结构和控制策略,避免了互联变流器参与二次控制通信,解决了互联变流器通信失效影响DSC的问题;推导了MFAC-DSC系统收敛性,给出了稳定收敛条件。基于交直流微电网实验平台在多种工况下验证了MFAC-DSC的可行性,与传统的DSC策略的对比结果表明：MFAC-DSC方法有效减少分布式电源下垂系数变化带来的功率波动,保证下垂系数有更大的调节范围,同时解决了互联变流器通信失效造成的控制失效和母线电压偏移等问题。     

基于递推最小二乘法独立微电网自适应类二次频率控制

独立微电网为维持频率恒定,需要增加二次频率控制,但常规二次频率控制存在动态特性慢和需要通信的缺点。为此,本文提出了类二次频率控制策略,该方法不严格的区分下垂控制和二次频率控制,通过递推最小二乘法自适应调制下垂系数,加快系统频率恢复速度,且无需通信。以海南某实际微电网为原型建立仿真系统,对比结果验证了本文方法的有效性。     

基于数据驱动的孤岛微网自适应调频策略

微电网孤岛运行时,基于下垂控制的并联逆变器无法消除频率的静态偏差,必须借助二次调频来稳定频率值。在进行二次频率控制器参数设计时需要用到微网频率响应模型,然而由于微网系统的结构复杂多变以及系统内微源和负荷种类多样等原因,微网系统的数学模型难以获取,控制器参数也因此难以整定。为解决上述问题,提出一种基于数据驱动的改进无模型自适应控制的二次调频策略,该控制算法仅需要采样关键节点处的输入输出数据,利用RBF神经网络的自适应和自学习能力并按照一定的控制周期在线整定二次调频系统的无模型自适应控制器参数,从而将频率稳定在基准值。仿真结果验证了所提策略有很好的瞬态响应特性,同时具有较强的鲁棒性。     

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。     

基于虚拟同步发电机的微电网控制方法研究

首先介绍了微电网的产生背景和意义,给出微电网的概念和典型结构示意图。针对传统分布式发电技术不能满足微电网运行要求,该文基于同步发电机的模型提出了虚拟同步发电机的概念,将大电网中的一次调频、二次调频等成熟的理论知识引入到了微电网中,给出了联网运行和孤岛运行模式下微电网的控制方法,使具有同步发电机特性的逆变电源能够稳定并网。最后通过MATLAB/simulink验证了虚拟同步发电机思想及控制方法的正确性和有效性。     

基于二阶线性自抗扰的虚拟同步发电机二次调频控制

当分布式电源处于孤岛运行时,负载的突变或切入/切出会引起虚拟同步发电机系统频率的突变。针对该问题提出基于二阶线性自抗扰的虚拟同步发电机系统频率无差调节策略;并与分析得到的系统输出频率二阶模型相结合,从系统稳定性角度出发对自适应控制参数进行整定,使虚拟同步发电机在孤岛状态下发生负载突增时,能够实现对系统频率无差调节,达到二次调频的目的。最后将所提出的控制策略在MATLAB/Simulink中进行仿真实验,与基于PI调节阻尼系数的控制方法进行对比,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于模型预测的虚拟同步机控制储能调频研究

储能虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制接入电网能够有效提升未来高比例可再生能源与高比例电力电子设备的“双高”电力系统的惯性,抑制系统受到外界扰动时的频率波动。以调频为控制目标,应用模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)对储能变流器VSG的输入功率进行自适应控制,能够进一步改善扰动时的系统频率响应。通过建立储能变流器VSG的预测模型,设计了关于频率增量与输入功率加权平方和的代价函数。通过二次规划计算出最优控制序列,对VSG有功功率输入值进行实时的修正。结果表明,该方法可以提升系统惯性,有效抑制功率波动时的最大频率偏移与最大频率变化率。相比于传统控制方法,系统频率变化率得到了有效的改善。     

面向多逆变器的微电网电压控制策略

针对微电网孤岛运行时有功和无功分量严重耦合引起的无功功率无法精确分配和增加虚拟电抗带来的电压跌落问题,在虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次电压控制器的基础上,提出一种在线计算电压控制器参考输入电压的新算法,根据调度有功和无功功率预先估算感应电动势,补偿VSG固有下垂特性和线路阻抗的电压跌落,保证VSG按照设定的U-Q下垂特性运行;设计二次电压控制,用以解决上层调度的周期性、负荷波动的随机性及一次电压控制的有差性等带来的电压质量问题;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上验证了所提方案的效果。     

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。     

基于电力系统二次调频原理的微电源频率控制策略

孤岛运行的微电网由于其容量小,并且大部分微电源通过电力电子装置并网惯性小,因此微电网的频率和电压受微电网中负荷变化影响较大。基于电力系统二次调频原理研究了一种微电网频率控制策略。传统的下垂控制策略属于有差调节,当系统负荷发生变化时,不能保证微电网频率稳定在额定值。提出的基于电力系统二次调频原理的微电源频率控制策略在下垂控制的基础上,引入了比例-积分（PI）控制环节实现了频率的无差调节,类似于电力系统的二次调频过程。为了克服微电网惯性低的缺点,模仿了同步发电机的转子运动方程为该频率控制策略增加了一阶惯性环节,更好地提高了微电网的频率稳定性。基于Matlab/Simulink仿真平台,仿真研究了采用上述控制策略时微电网在孤岛模式下负荷投切、负荷冲击、负荷随机波动、微电网运行模式切换等多种工况时的频率变化,仿真结果证明了该控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态模型的新型微电网逆变电源（称为虚拟同步发电机）。功率控制器和电压频率控制器使该逆变电源具有功率控制和调频调压双重功能,而且在微电网发生故障时仍能作为不间断电源向重要负荷供电,预并列单元则使得该逆变电源能够可靠并联到微电网上;当微电网连接大电网运行时,系统频率由大电网决定,各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时,必须有逆变单元采用电压频率控制策略,提供微电网的电压参考;微电网中,同等容量的逆变电源还可以任意替换,易于模块化、标准化生产,增加了微电网控制的灵活性,提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MATLAB/Simulink上得到验证。     

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。     

低压微电网模式自适应控制策略设计

针对微电网模式切换时控制策略的变化问题,提出了一种基于虚拟同步发电机模型的模式自适应微电网控制策略,适用于微电网两种运行状态。增加了模拟低通滤波器模块和无功功率积分控制模块,满足了分布式电源在微电网两种运行状态下的运行要求。以功角,电角速度和有功功率为控制变量设计了稳定控制器,使微电网在受到负荷突变和状态转换扰动情况下仍能稳定运行。仿真和硬件实验表明该方法不仅确保了运行模式间的平滑转换,还能有效改善孤岛状态下微电网受到扰动时的频率调节效果,降低因微电网模式转换对微电网带来的冲击,有利于微电网的运行稳定。     

基于VSG的多微网二次调频控制

在多微网系统中,负荷变动和电源输出波动容易导致频率偏移和能量传输不稳定.针对这一情况提出了基于虚拟同步发电机(VSG)技术的多微网二次调频策略.采用改进的VSG控制取代传统下垂控制,加强了应对负荷变动的抗干扰能力,使得整个系统的频率调整以及能量传输更可靠.仿真以两个微电网系统为例,对单微网和双微网负荷波动的情况加以研究...     

直流微电网自适应滑模控制策略

为提高微电网的稳定性,提出一种集自适应观测技术、滑模控制方法、定频PWM技术于一体的新型定频PWM自适应滑模控制策略,可在不需要增加额外传感器/硬件电路的情况下实现对状态变量的快速跟踪和调节,便于直流微电网内微电源和负荷的扩展与即插即用,且简化了滤波器的设计难度。同时,采用非线性复合控制方法在恒功率负载突变的情况下实现对母线电压和系统稳定控制的目标。初始状态的合理选择、变切换面的设计,使得状态变量全程处于滑动模态,并且抖振现象得以减轻。在包含光伏电源、燃料电池、蓄电池、双向Buck/Boost变换器、恒功率负载与阻性负载的直流微电网仿真环境中,验证了所提控制方法的有效性。     

基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)中存在暂态过程长、电能质量差的缺点,提出了一种基于自适应旋转惯量的VSG控制策略。首先,介绍了传统VSG控制存在的问题;然后,在传统VSG控制基础上提出了新型的VSG控制策略,并分析了这种新型VSG并网有功和无功的调节方案。所提VSG控制策略能够根据负载扰动引起的频率变化量实时动态调节旋转惯量,避免了频率迅速上升和跌落,从而改善了频率响应特性。最后,MATLAB/Simulink软件仿真和硬件实验的结果验证了所提VSG控制方法的有效性和可行性。相比于传统VSG方法,所提VSG控制方法的稳定性更好、响应速度更快、超调更小、谐波更低。