基于VSG的储能系统并网逆变器建模与参数整定方法

从并网逆变器主电路和同步发电机等效电路的对应关系出发,提出模拟同步发电机转子的运动方程、有功-频率下垂特性与无功-电压下垂特性的虚拟同步发电机(VSG)外环控制策略。引入虚拟阻抗模拟同步发电机定子电气方程的电压环,和基于准比例谐振控制器的电流环共同构成应用于储能系统并网逆变器的VSG控制策略。建立应用于储能系统并网逆变器的VSG动态小信号模型,分析其参与电网需求响应的机理。推导得出VSG参与电网调压/调频需求响应的动态模型,为研究电网电压/频率波动时VSG无功/有功输出特性提供依据;进而在保证有功环、无功环的稳定性与调压/调频动态性能的条件下,总结得到VSG关键参数的整定方法。最后通过仿真与实验验证了所提VSG参与电网调压/调频动态模型的正确性与参数整定方法的有效性。     

新型虚拟同步发电机分布式主动支撑控制策略

面向新能源分布式发电变流器主动支撑控制,提出了一种新型虚拟同步发电机控制策略,来实现有功-频率和无功-电压动态支撑,能够为电网的稳定提供必要的惯量和阻尼,并具备更好的多变流器协同工作能力和对电网的接入能力。首先建立同步发电机的电磁模型,提出虚拟定子绕组概念来调整变流器输出阻抗以满足微网功率解耦条件并实现多变流器间负荷分配,从而设计励磁器来实现无功-电压动态调整。同时结合转子运动方程设计调频器来实现有功-频率动态调整,并提出了虚拟励磁补偿和二次调频策略以消除电压和频率调整静差。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真结果以及实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机并网逆变器的控制方法研究

针对电力电子逆变接口的分布式电源不具备保证系统稳定运行的旋转惯性和阻尼分量的问题,本文以分布式电源系统建模及控制策略分析为基础,提出了一种工作在并网模式下的虚拟同步发电机控制策略。依据同步发电机的原理,设计了有功频率控制算法和无功电压控制算法,在Matlab/simulink环境中搭建了10 k W的光伏并网系统。仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器具有与同步发电机相似的调频调压特性,能够较好地适应电网运行要求。     

具有阻尼和惯性的电流下垂控制研究

针对虚拟同步发电机控制策略的优良特性,研究了其在电流下垂控制中的应用。采用电流下垂控制算法取代虚拟同步发电机的有功/频率调节和无功/电压调节控制策略,保留其机械转动所具有的惯性和阻尼特性,舍弃其定子电气模块,使逆变器不仅具有电流下垂控制的优越性能,而且具备虚拟同步发电机的阻尼和惯性特征,增强电网频率和电压幅值的稳定性。通过在电压/电流双闭环控制器中引入虚拟阻抗,提升并网逆变器的鲁棒性。仿真实验结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。     

含虚拟同步发电机的光/柴/储独立微网控制策略

为实现独立微网的长期稳定运行,提出了一种含虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的光/柴/储微网控制策略。在光伏电源侧配置储能组成光储发电系统,利用VSG技术控制逆变器将其虚拟为同步发电机,通过设计能量管理,将光伏瞬时出力和储能荷电状态反馈到VSG控制中,实时调整光储系统的有功和频率输出。柴油发电机与光储系统采用对等控制,共同参与微网的一次调频,维持微网有功平衡,同时由柴油发电机承担二次调频任务。最终实现了光伏电能的最大输出和储能设备荷电状态的控制,保证了独立微网的灵活控制和经济稳定运行。最后,通过Matlab/Simulink工具搭建了仿真模型,对相关分析和所提策略进行了仿真验证。     

一种有功备用式光伏虚拟同步控制策略

传统光伏逆变器多以最大功率跟踪方式运行,不能进行有功调频和实现有功功率灵活可控。此外,以传统光伏逆变器改造的光伏虚拟同步发电机(photovoltaicvirtual synchronous generator,PV-VSG)多配备储能电池,但储能电池成本昂贵,逆变器改造成本较大,针对上述问题,提出一种有功备用式光伏虚拟同步发电机控制策略,使传统光伏逆变器在不增加储能、不改造电路的情况下,具有调频调压功能,并实现了有功备用及有功功率的灵活可控。针对以往研究的不足,首先研究了PV-VSG有功备用的运行机制,并提出一种有功备用式PV-VSG控制策略,并对其进行数学建模。然后对光伏发电系统的稳定运行区域进行研究,提出最低电压限制方法,最后仿真验证了文中所提控制策略的可行性。仿真结果表明:该控制策略使传统光伏逆变器在无储能的情况下通过有功备用方式实现虚拟同步功能,并能稳定运行于光伏曲线右半平面。     

大型光储联合虚拟同步发电机技术综述

随着间歇性可再生能源占比的逐年增加,电网安全稳定经济运行的压力也逐年增加。虚拟同步发电机技术模拟同步发电机组的机电暂态特性,具有同步发电机的惯量、阻尼、频率和电压调整等运行外特性。本文阐述大型光伏逆变器虚拟同步发电机的数学模型及有功频率调整、无功电压控制,分析其在光伏并网应用的优势及存在的问题,展望其在可再生能源并网的应用前景。     

5MW储能虚拟同步发电机孤岛启动与同期控制技术

储能虚拟同步发电机既要实现并网和离网工况下的良好运行,又要实现同期并网的无缝切换。通过对传统逆变器多模块并联孤岛运行控制策略分析比较改进,提出一种基于虚拟同步机技术的孤岛并联启动控制策略。该孤岛并联启动控制策略引入同步发电机电气方程、下垂控制和虚拟阻抗分量,通过控制电压环输出电压调节量、系统反馈电压和虚拟阻抗分量计算出系统参考电流。同期控制通过对电网并网点两侧电网角度、幅值和频率的检测调节使并网时刻电压幅值、角度和频率满足误差范围要求,最终实现电压电流平滑过渡,孤岛到并网的无缝切换。最后,建立4机并联5 MW储能虚拟同步发电机并联仿真RTDS模型,利用RTDS仿真验证算法的有效性。     

基于改进下垂控制策略的有功备用式光伏系统

随着电网光伏渗透率逐渐提高,迫切需要光伏发电系统主动参与电网频率调节,然而目前光伏发电系统多以最大功率跟踪方式并网,不具备有功调频能力.针对上述问题,提出一种基于变步长功率跟踪的有功备用式光伏发电系统,利用变步长功率跟踪使系统运行在有功备用模式,当电网频率扰动时通过修正直流侧电容电压调节光伏阵列的有功输出来参与一次调频.网侧逆变器采用改进下垂控制策略,通过引入角频率的微分负反馈虚拟惯量控制和直流侧电容储能特性模拟转子惯量环节弥补故障初期一次调频出力不足的问题,减小频率的跌落深度.通过仿真分析验证了所提控制策略无论在故障初期的动态作用还是一次调频过程中都可以提供更多的功率支撑,可以一定程度上替代同步发电机调频效果.     

提高储能换流器电压及功角暂态特性研究

为提高储能换流器电压及功角暂态特性,对有功电流-频率、无功电流-电压下垂控制进行改进,提出一种根据输出电压有效值变化率表征下垂系数,根据电压调节量自适应调节下垂系数的无功电流下垂控制策略。引入滞环控制在储能换流器电流自适应有功电流-频率下垂控制中,通过滞环控制器将功角维持在一定范围内,确保当电网电压跌落故障时,储能系统功角稳定。Matlab/Simulink仿真和RTDS实验结果表明：所提新型控制方案可以提高储能对系统惯性无功支撑能力,提高储能控制系统对电压暂态波动的抑制能力,有效提升了储能换流器输出电压及功角暂态性能。     

基于变步长功率跟踪的有功备用式PV-VSG控制策略

传统光伏发电系统多以最大功率跟踪方式并网,不具备有功调频能力,而将其改造的光伏虚拟同步发电机多以配备储能的方式实现虚拟同步功能,但储能设备过于昂贵,主电路改造成本较大。针对上述问题,在不改造传统集中式光伏逆变器主电路的情况下,提出一种基于变步长功率跟踪的有功备用式光伏虚拟同步发电机策略,通过有功备用方式实现虚拟同步功能,节省改造成本,所提方法克服了固定步长跟踪方法快速性和稳定性不能兼容的问题,并且使光伏虚拟同步发电机快速精确地提供惯性及阻尼支撑控制。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

光伏虚拟同步发电机建模与仿真研究

为提高光伏虚拟同步发电机建模的准确性,给出了计及光伏输出最大功率点跟踪、储能、并网逆变器于一体的光伏虚拟同步发电机的建模方法。首先,考虑光伏阵列及蓄电池储能的输出特性,分直流和交流两部分建模,得到其各自的输出功率数学模型。其次,结合光伏输出最大功率点跟踪和储能的双环控制,提出一种分层协调的虚拟同步发电机控制策略,给出光伏虚拟同步发电机四种运行模式,并综合交直流输出特性,获得光伏虚拟同步发电机四模式运行的等效输出静态模型。最后,通过Matlab/Simulink平台搭建了光伏虚拟同步发电机的仿真模型。仿真结果验证了所建模型的准确性及控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的逆变电源控制策略研究

针对采用常规下垂控制方法的逆变电源存在稳定时电压和频率的偏移,不能完全满足电网运行要求的问题,采用了一种新的逆变电源控制方法即虚拟同步发电机(VSG)控制策略。建立了虚拟同步发电机的模型,参考同步发电机控制理论,重点设计了功频控制器和励磁控制器,搭建了以大容量汽轮发电机模拟电网的逆变器并网发电系统。通过Matlab/Simulink仿真验证了虚拟同步发电机中转动惯量的作用和虚拟同步发电机的并网调节特性,仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的逆变电源在外特性上近似等效为一个同步发电机,具有良好的调频调压性能,能很好地适应电网的运行要求。     

基于虚拟同步机技术的储能机电暂态特性建模

虚拟同步机技术通过模拟传统同步发电机特性,使采用变流器的电源具有同步机组的惯量、阻尼、频率和电压调整等运行外特性,是解决新能源发电接入电网稳定运行的重要技术手段。提出一种用于机电暂态的虚拟同步机控制储能建模方法。该储能模型包括虚拟同步机控制、储能限制模块和模型接口模块,并考虑虚拟同步机定转子方程和储能充放电功率、荷电状态、运行效率、死区及逆变器限制特性。基于电力系统分析综合程序,采用用户自定义方式搭建模型。以IEEE 4机2区域和河南电网为例进行模型有效性验证,结果表明了所提建模技术相比于传统方法的优势。     

二级式光伏并网发电系统的协调控制及惯量特性分析

针对二级式光伏发电系统低惯量的问题,根据光伏-Boost和逆变器两侧分别响应频率波动的特点,提出了一种适用于二级式光伏发电系统的惯量协调控制策略,通过建立系统的静止同步发电机SSG模型分析不同参数对系统惯量的影响。光伏侧采用下垂控制响应电网频率波动时,频率下跌的最低点或上升的最高点得到改善,且电网频率的稳态偏差变小;逆变器侧采用直流电压下垂响应电网频率波动时,电网频率变化率变小;协调控制时,合理利用了光伏侧及逆变器侧响应的优势,抑制频率波动的效果最佳。仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。     

基于VSG的光伏及混合储能系统功率分配与虚拟惯性控制

在基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光伏及混合储能系统中,不同类型的储能之间存在协调配合问题,其荷电状态(SOC)也与VSG的控制策略密切相关。针对该问题,提出了一种基于VSG的光伏及混合储能系统的协调控制策略。在逆变器直流侧引入混合储能系统,并基于VSG控制原理对其进行功率分配。根据储能SOC与VSG虚拟惯性之间的定量关系,设计了一种改进的虚拟惯性自适应控制策略,并给出相关参数的选取原则,在改善系统输出频率和功率动态响应的同时,对储能SOC进行控制。基于MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明所提控制策略可以有效改善系统电压和频率的稳定性,实现混合储能之间功率的合理分配,提高储能的充放电性能并延长其寿命。     

永磁同步风电机组的主动支撑控制及其在弱电网下的适应性分析

为了提升风电机组在弱电网下电压与频率支撑能力,介绍了一种适用于永磁同步发电机（PMSG）的主动支撑控制策略。该控制策略将永磁同步发电机网侧变流器等效成1个电压源型的虚拟同步发电机（VSG）,不仅使PMSG直接与电网同步,而且在电力系统功率发生波动时可通过利用风机的转子动能为系统提供惯量支撑。详细分析了弱电网下主动支撑控制的小信号模型,并基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和在弱电网下的适应性。     

光伏虚拟同步发电机工程应用效果分析及优化

对模拟转子运动方程和改变功率给定值两类光伏虚拟同步发电机调频控制策略和实现方式进行分析,对比研究了两类控制策略在调频启动时间、振荡风险、功率支撑方式、惯量响应死区等方面的差异。基于风光储电站虚拟同步发电机示范工程现场实测数据,研究了两类光伏虚拟同步发电机控制策略的实际支撑效果与差异化特征。针对现场实测中发现的两个性能缺陷,提出了功率深度利用和光储协调优化控制策略,借助RT-LAB硬件在环仿真平台验证了所提控制策略的有效性。     

基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着可再生能源的渗透率越来越高,分布式电源面临多重挑战,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行机制,成为有效解决方法之一。以双馈风电机组为研究对象,研究分析其虚拟同步控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯性和频率支撑能力。内环采用改进型双馈风电机组定子电压、转子电流双闭环控制结构,并且建立定子电压控制模型及发电机输出阻抗模型。针对并网时功率存在的耦合问题,采用基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略,实现了双馈风电机组并网功率的解耦。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。