基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

基于虚拟同步发电机的惯量和阻尼自适应控制

近些年,由于分布式电源的广泛应用,适用于微电网并离网运行控制的虚拟同步发电机(VSG)技术也得到了广泛的应用.为了提高VSG的调频特性,提出了一种基于VSG的自适应虚拟惯量和阻尼系数协同控制方案.首先通过建立VSG的数学模型,分析了虚拟转动惯量J和阻尼系数D对系统稳定性的影响;然后对传统的VSG控制策略进行改善得到了惯量和阻尼的协同自适应控制策略,并对自适应控制系统的参数进行了确定;最后在Matlab/Simulink仿真软件中进行了模型的搭建和仿真实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性.     

基于自适应阻尼算法的虚拟同步发电机控制策略

常规的并网逆变器作为分布式电源和电网的接口,无法为电网提供惯量支撑,基于并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略可以增强系统频率和电压的稳定性.为了使频率响应拥有更小的超调量和更短的调节时间,本文根据动态过程中阻尼和频率最大偏差量的关系,提出了一种基于自适应阻尼算法的虚拟同步发电机控制策略,同时也能在一定程度上改善输出电压的动态特性.基于小信号数学模型,根据系统的响应指标要求,确定了阻尼系数的取值范围.最后,利用Matlab/Simulink进行仿真实验,与各种阻尼控制算法进行对比,验证了所提控制策略的有效性.     

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。     

基于惯量支撑和一次调频需求的VSG储能单元配置方法

分布式电源大量接入电网会引发电网惯量、阻尼缺失和系统稳定性下降问题,虚拟同步发电机(VSG)在分布式电源友好接入和提高电力系统稳定性等方面极具应用前景。作为虚拟惯量的物理基础,储能单元的配置直接影响着VSG的性能和成本。文中基于VSG的惯量支撑、一次调频两大基本功能,建立了响应电网频率波动的储能单元出力模型,提出了一种以元件参数和控制参数为基础的储能单元配置方法。然后,计及下垂系数、阻尼系数和惯性常数,研究了储能单元出力的暂态特性及其调节机制,并分析了储能单元功率、容量需求受控制参数影响的机理,明确了影响程度最大的控制参数。最后,借助仿真和实验证明了所提方法的正确性。     

含多光储VSG单元孤岛微网参数自适应功率协调与频率优化控制

虚拟同步发电机（VSG）技术因能增加惯性、改善系统稳定性而在分布式发电、微网等领域愈发受到关注。但VSG逆变器并联运行时,通常忽略直流侧分布式电源特性,且参数大多固定不变,不能保证最大限度利用可再生能源,且系统频率动态响应较差。针对这一问题,本文提出了适用于含多光储VSG单元孤岛微网的参数自适应功率协调与频率优化控制策略。综合考虑系统负荷需求、光伏单元出力情况以及系统频率变化,自适应调节转动惯量、阻尼系数、虚拟电感等参数,确保系统各单元间功率有效分配,避免了光伏利用不充分、逆变器过载及系统交直流侧功率变动引起的频率骤变等不良影响,系统频率动态调节特性也可改善。最后,基于RT-LAB搭建了含三组光储VSG单元孤岛微网实时仿真平台,对多工况下仿真结果进行分析与对比,验证了所述控制方法的正确性及有效性。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

基于自适应惯量阻尼综合控制算法的虚拟同步发电机控制策略

在逆变控制领域,虚拟同步发电机(VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑电网频率,然而现有VSG控制手段往往忽略了阻尼的作用。为进一步提升VSG对频率稳定性的贡献,在传统VSG控制策略的基础上,结合力学原理证实了VSG虚拟惯量可进行实时变化的可行性,分析了同步发电机转子惯量和阻尼系数与系统频率稳定性的关系,并设计了一种自适应惯量阻尼综合控制(SA-RIDC)算法,实现了虚拟转动惯量与虚拟阻尼的交错控制。通过MATLAB/Simulink仿真工具,将所提出的SA-RIDC算法与传统固定惯量阻尼控制和自适应惯量控制进行对比,结果表明SA-RIDC算法在改善系统频率稳定性方面有着显著的效果。     

基于带通阻尼功率反馈的虚拟同步发电机控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过在虚拟惯量控制环节中引入阻尼功率反馈来抑制有功功率振荡。传统基于锁相环的阻尼功率反馈方案需要依赖电网电压信息,这违背了VSG要将并网逆变器控制成输出电压幅值和频率完全独立可控的自同步电压源的目标。而传统无锁相环阻尼反馈方案本质上将下垂控制和阻尼反馈简化成了一个下垂环节,因此不能同时满足功率振荡抑制以及电网一次调频的需求。为此,提出一种基于带通阻尼功率反馈的VSG控制策略,并对改进VSG控制策略的有功闭环特性进行分析,给出带通阻尼功率反馈环节的参数设计方法。该方案既可以有效抑制功率振荡,又可以消除阻尼功率反馈与下垂控制间的相互影响,进而保证VSG的一次调频以及有功功率分配性能可以满足电力系统的要求。最后,仿真和实验结果均证明了提出方法的有效性。     

永磁同步风力发电机的VSG参数自适应控制

在永磁同步风力发电系统中,为了克服网侧变流器采用虚拟同步发电机(VSG)控制策略时,由于虚拟转动惯量和虚拟阻尼系数恒定导致频率不能灵活控制这一缺点,将自适应控制应用到网侧变流器的VSG控制策略中.首先介绍永磁同步风力发电系统总体的控制策略,建立网侧变流器VSG控制模型;在此基础上分析风速和负载的变化对系统功率和频率的影响,根据系统频率的变化实时调节算法中的参数,使参数可以在线修正.最后,通过仿真和实验证明所设计的控制策略能够减小系统频率在振荡过程中的变化幅度,并提高频率动态调节性能.     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。     

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。     

基于虚拟同步电机技术的混合储能平抑微网频率波动策略研究

由锂电池和超级电容器组成的混合储能系统(HESS)具有响应快速、短时吞吐功率能力强的优点,可以很好地作为电网的分布式储能设备补偿电网频率波动。提出在储能单元体系优化匹配下,基于荷电状态(SOC)反馈的自学习平滑储能控制策略,自主归纳更新混合储能的控制规则,利用虚拟同步电机(VSG)技术来解决可再生能源功率波动引起的电网频率偏移问题。最后,在Matlab/Simulink中建立了光储微网模型。通过仿真验证了配置混合储能单元的VSG能有效模拟出同步电机的转动惯量与一次调频特性,提高了并网系统的稳定性。     

大电网中虚拟同步发电机惯量支撑与一次调频功能定位辨析

随着可再生能源渗透率的不断提高,同步电网的惯量和一次调频的能力都在不断下降,而如果可再生能源发电采用虚拟同步发电机(VSG)技术,则可以在大功率缺额冲击下对减小系统频率变化率和频率偏差做出应有的贡献。针对VSG研究中惯量支撑与一次调频功能定位不清晰的现状,亟须明确VSG在大电网中应用时此两者的功能定位需求。文中深入分析了VSG的惯量支撑功能及其物理意义,推导了VSG的惯量支撑功率表达式,辨析了VSG惯量支撑功能与一次调频功能的定位区分,仿真分析了VSG在大型同步电网频率事故过程中采用不同控制功能对系统频率变化的作用。最后指出,在大型同步电网中,一次调频能力下降比系统惯量下降所带来的影响更为严重,因此较之于短时的惯量支撑功率,系统更需要VSG发挥一次调频功率的持续支援作用。     

并网模式下虚拟同步发电机的虚拟惯量控制策略

并网模式下,当电网频率出现偏差或者调度指令变化时,虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）输出有功功率都会发生波动,然而现有的VSG分析以及控制方式只能应对调度指令变化下的有功功率波动:电网频率发生偏差时,现有的控制策略可能会使VSG输出有功功率出现较大波动。针对上述问题,首先分析了电网频率偏差下,VSG参数对VSG动态特性的影响以及调度指令变化下,功角振荡和虚拟惯量之间的关系。在此基础上,提出一种虚拟惯量控制策略:在调度指令变化时,采用虚拟惯量自适应控制,并给出参数选取原则;在电网频率发生偏差时,采用基于信息熵的虚拟惯量寻优值。最后通过Matlab/Simulink仿真,验证了所提虚拟惯量控制策略在有功调度和电网频率偏差下的优越动态特性。     

基于虚拟同步机技术的风储系统协调调频控制策略

为了充分发掘风电机组调频能力,考虑传统储能系统直接补偿风电场二次频率跌落调频控制策略存在储能系统容量需求高、经济性差的缺点,该文提出一种基于虚拟同步机（VSG）技术的风储系统协调调频控制策略。首先,在风储VSG系统结构基础上建立风储VSG数学模型,并分析风储VSG调频特性;其次,依据储能系统数学模型研究储能系统VSG调频控制方法;然后,综合考虑风电场与储能系统出力特点,提出基于风电惯量释放和储能稳态支撑的风储协调控制策略,通过风电场与储能系统并行出力的方式,在降低储能系统容量需求的同时充分发挥风电机组短时功率支撑的作用;最后,通过仿真分析可知,采用该文控制策略可在稳定系统频率的基础上大幅降低储能系统容量配置,提高风电场调频经济性。     

基于协同自适应控制的光储VSG运行控制研究

针对传统虚拟同步发电机(VSG)控制策略缺乏虚拟转动惯量和阻尼系数动态调节特性的缺点,提出一种指数型转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。该策略可在VSG角速度变化率和偏离量较大时对虚拟惯量和阻尼系数进行在线调整,优化VSG转动惯量和系统阻尼动态调节特性,减少系统的超调量σ%,且缩短调节时间。首先给出VSG的并网结构、工作原理。然后建立光储VSG模型,在控制环节引入所提自适应控制策略,并分析负载突变情况下转动惯量和阻尼系数对功率、频率稳定性的影响。最后,通过仿真验证了所提策略的有效性。     

虚拟同步整流器的不平衡电压改进控制

随着电力电子装置在电网中的渗透率越来越高,由此带来系统稳定性降低的问题,虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)作为一种新兴的控制策略,能够模拟传统电机特性,使系统具备阻尼与惯性,受到广泛关注。文中以虚拟同步整流器为研究对象,分析虚拟同步整流器的数学模型,研究其控制策略。针对电网出现电压三相不平衡,对其进行功率分析,改进虚拟同步发电机控制策略,稳定直流侧负荷电压。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型,模拟虚拟同步整流器在功率波动和三相不平衡运行,仿真结果验证了文中所提出方法的正确性和有效性。     

抑制虚拟同步发电机低频振荡的自适应阻尼控制算法策略

随着电力系统电力电子化的发展,以虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制策略为主的逆变器在电网中渗透率将越来越大。然而,传统电力系统中出现的低频振荡现象在虚拟同步发电机系统中未得到相应的研究。为了研究低频振荡对虚拟同步发电机系统的影响,在详细分析VSG控制策略的基础上,对虚拟同步发电机系统中出现低频振荡的原因进行分析研究。通过分析低频振荡时功角特性的关系,提出一种自适应阻尼控制算法,能够自适应控制系统阻尼系数,抑制低频振荡。最后,以Matlab/Simulink为仿真实验平台,验证了VSG系统中低频振荡现象和所提算法的有效性。     

一种电网友好型光储分布式电源控制策略

提出一种电网友好型光储分布式电源,采用具有惯性环节的虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制方法作为与电网的接口,并提出了电网频率自适应控制策略,根据电网频率变化区间自适应选择三种运行模式:离网运行模式、并网发电模式、频率调节模式。针对这3种运行模式,分析了虚拟同步发电机的有功–频率环节的传递函数以及虚拟转动惯量对暂态稳定性的影响。为了提高系统并网运行时的暂态稳定性,构造了系统的暂态能量分析函数,分析了扰动发生后系统的暂态能量变化过程,并提出了一种虚拟转动惯量动态调节方法优化系统的暂态控制过程。在搭建的Matlab/Simulink仿真模型中分析了所提的控制策略和方法,并在搭建的10k W VSG实验平台中验证了所提方法的正确性和可行性。