电压源虚拟同步发电机并网控制及实现

并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制技术利用电力电子装置控制灵活的特点,通过在控制系统中对同步发电机及其调速器/调压器的基本数学模型和调节特性的模拟,使得并网逆变器具有与同步发电机类似的自主参与系统调频/调压等优良特性.这里在VSG控制策略基础上,提出了一种新颖的电压源VSG并网实现方式,免去了传统VSG并网所需预...     

虚拟同步发电机频率稳定性分析

在电力电子逆变器控制领域,通过仿真同步发电机的同步特性来实现的虚拟同步发电机(VSG)技术作为近年来提高电力系统稳定性的主要手段得到了充分的研究,在一定程度上解决了分布式能源(DG)并网系统缺少惯性的问题,提高了系统电网频率的稳定性。然而,当电网强度发生变化时,原有的VSG控制策略并不能维持系统频率稳定性。为了进一步提升VSG对频率稳定性的作用,在传统VSG控制策略的基础上,对电网强度变化时VSG系统的频率稳定性进行了分析,研究了影响电网强度变化的因素,并在此基础上提出,可以通过增大VSG中系统惯量的方法来提高电网强度变化时频率稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真工具,验证了所提方法的有效性。     

虚拟同步发电机并网稳定性与控制技术研究综述

虚拟同步发电机(VSG)技术是新能源由“被动调节”转为“主动支撑”的新一代新能源发电技术,是使新能源发电具备惯量支撑、一次调频和主动调压等主动支撑电网能力的有效路径,是解决“双高”电力系统所面临问题的探索实践。综述了电压控制型和电流控制型新能源虚拟同步发电机的控制模式,总结了电流控制、电压控制和改进型虚拟同步发电机的运行特征,并从技术原理的角度分析了其优势和不足;围绕虚拟同步发电机并网系统稳定性分析问题和暂态控制问题,对常用稳定性分析方法进行了概述,梳理和总结了目前关于改进型虚拟同步发电机对电力系统稳定性影响和振荡问题的研究。在此基础上,指出了虚拟同步发电机稳定性分析、振荡抑制和故障电压穿越的研究重点。最后对I-VSG与同步机组及接入电网的交互作用机制、提高支撑电力系统动态稳定性的技术进行了展望,指出了后续研究的关键问题,提供了可参考的解决思路。     

基于虚拟同步发电机的无锁相环预同步并网控制策略

利用虚拟同步发电机(VSG)技术,针对微电网逆变器离/并网平滑切换控制策略进行研究。首先,建立VSG数学模型,对VSG功频调节器、励磁调节器和电磁方程等控制部分进行设计,并给出相应的控制框图。其次,对传统离/并网切换原理进行分析,锁相环(PLL)的存在,导致在很大程度上影响预同步速度和精度,针对此问题提出一种改进预同步控制方法,省去PLL环节且只需要2个PI调节器,控制参数减少,切换瞬间冲击电流减小且能够抑制有功、无功功率冲击,有效实现微电网逆变器离/并网平滑切换。最后,通过基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和优越性。     

光伏虚拟同步发电机控制策略

为了提升新能源发电并网友好性,此处提出基于虚拟同步发电机(VSG)算法的光伏并网逆变器整体系统架构及控制策略,所提出的光伏VSG(PV-VSG)在兼顾最大功率点跟踪(MPPT)控制的同时,具备了自主参与电网调频/调压、惯量阻尼等一系列同步发电机外特性,有效提高了新能源光伏发电系统的并网友好性,促进新能源消纳。系统仿真及现场示范运行实验结果充分表明了所提出的基于VSG算法的光伏并网逆变器系统整体控制策略的有效性和正确性。     

基于惯性自适应的并网逆变器虚拟同步发电机控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制方法下的并网逆变器(Grid-Connected Inverter, GCI)在电网工况突变情况下存在输出功率和频率的超调和振荡现象。为改善GCI的动态性能,提出一种基于惯性自适应的VSG控制方法。该方法直接对采用VSG控制方法的GCI的功角曲线和输出特性曲线进行分析,推导出GCI的输出功率和频率变化率之间的关系。通过利用GCI虚拟输出功率和参考功率的偏差判断系统的四个加减速运行区间,避免对输出频率变化率的依赖。构造惯性自适应控制算法,通过参数的连续平滑调节,抑制GCI的输出功率和频率的波动。与现有方法相比,该方法不需要对频率直接微分,避免引入系统噪声;同时惯性参数能够连续调节,且变化范围更大。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机控制的并网变流器同步频率谐振机理研究

虚拟同步发电机控制策略是解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。然而,不同于传统同步发电机,变流器模拟的虚拟同步发电机因其快速灵活的调节能力可能引发同步频率谐振现象。通过建立精确的虚拟同步发电机动态模型,分析得到同步频率谐振现象是由电磁磁链的动态过程引入;基于此谐振在控制参数设计不合理时会带来稳定性问题,提出2种阻尼控制的策略来抑制同步频率谐振现象。最后,通过搭建8 k W实验平台,验证了虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象及所提阻尼控制策略的有效性。     

基于无锁相环的虚拟同步发电机离并网切换控制策略研究

针对微电网并网时的电流冲击、电压畸变、功率振荡的问题,提出了一种基于无锁相环(PLL)的虚拟同步发电机（VSG）离并网切换控制策略。建立了VSG的控制模型。然后,在离并网切换的过程中,设计了一种无PLL的预同步控制单元,省去了PLL环节,避免了PLL对系统控制精度以及响应速度的影响,简化了控制算法,缩短了预同步的时间,加速了离并网切换过程。同时直接将角频率差值反馈回功率环,避免了Δθ符号跳变对控制过程产生的影响,并引入了积分抗饱和环节以加速调节恢复过程。最后进行了仿真验证,验证了该控制策略的可行性。     

虚拟同步发电机的LVRT能力研究

虚拟同步发电机(VSG)控制实现低电压穿越(LVRT)中存在的主要问题是:故障期间VSG模块反馈功率发生变化,其输出失衡,导致逆变器与电网电压之间相位不断偏移,严重影响故障恢复过程。针对上述问题,提出一种故障期间保持VSG模块输出恒定并提供一定功率支撑的控制策略,以实现故障解除后系统快速恢复。仿真和实验均验证策略的可行性与有效性。     

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。     

多虚拟同步发电机并联系统控制参数对稳定性的影响分析

虚拟同步发电机(VSG)技术作为支撑新能源消纳的新技术,其单机运行相关问题得到了广泛探讨,但目前鲜有文献从系统层面出发来综合分析多VSG并联系统的运行特性。基于此,文中通过建立多VSG并联系统全阶模型,明晰考虑系统延时下控制参数对VSG运行特性的作用规律。首先,简析VSG的运行原理及其并联方式,指出在综合建模时需考虑线路和负载参数。然后,对VSG单机模型进行延时修正,基于此建立多VSG并联系统的全阶小信号状态空间模型。接着,采用参与度分析法,甄别不同控制参数与高、低频稳定性之间的对应关系,并通过特征值轨迹分析各参数对系统高、低频稳定性的影响趋势及阈值。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于虚拟同步发电机的逆变器类电源频率特性及重塑技术

由于微电网(microgrid,MG)内参与调频的逆变器类电源和传统同步机类电源的特性差异,会造成并列运行过渡过程品质恶化,并可能引发系统瓦解.针对这一问题,首先对两类分布式电源(distributed generator,DG)的频率特性进行了理论分析和仿真分析,明确了其频率特性差异;在此基础上,基于虚拟同步发电机(...     

含虚拟同步发电机的多端柔性直流系统稳定性分析

以含虚拟同步发电机(VSG)的多端柔性直流系统稳定性为研究对象,分别建立了VSG控制和矢量控制下电压源型换流器的传递函数模型,采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入对直流系统自身稳定性的影响,得出如下结论:(1)"直流系统注入VSG的功率恒定"这一假设忽略了多端直流系统中VSG与剩余直流系统间的动态交互过程,导致其分析结果具有一定的局限性;(2)含VSG的多端直流系统自身会产生稳定性问题,受到VSG自身控制参数和VSG与剩余直流系统间动态交互过程的影响;(3)当VSG的开环模式与剩余直流系统中的开环模式接近时,直流系统可能产生振荡现象,文中给出了有效的参数调节方法。最后,对一个含VSG的三端柔性直流系统进行了时域仿真分析,验证了上述研究结果。     

虚拟同步发电机稳定性分析与参数设计

在电压电流双闭环内核外级联功率控制外环构成的虚拟同步发电机(VSG)控制方案可引入惯性到逆变器中,从而增强并网后对系统稳定性的支持。针对此种VSG的参数设计和稳定性问题,提出了一种由线性化系统模型特征值灵敏度矩阵引导的VSG参数整定方法。由于级联控制回路之间的相互作用以及系统动态对控制器参数的复杂依赖性,使传统的参数整定方法在低开关频率下效果欠佳。而新方案以迭代优化的形式实现,可确保系统稳定性,并使系统特性值从关键位置处移开。最后,开展了时域对比仿真,验证了相对于传统参数设计方案,采用新方案设计的参数明显改善了VSG的动态性能。     

基于虚拟功率的虚拟同步发电机预同步方法

模拟同步发电机特性的分布式发电系统对大电网呈友好特性,然而,虚拟同步发电机(VSG)在并网瞬间可能存在较大冲击电流。为此,文中提出一种基于虚拟功率和电压频率二次控制的预同步单元,实现VSG离网和并网间的无缝切换。在此基础上,详细分析了惯性、阻尼和调差系数对功频调节特性的影响。仿真和实验结果表明:所提出的预同步控制能实现VSG不同模式之间的平滑切换,且与传统预同步控制相比,控制简单;同时,所研究控制策略具有较好的有功功率、无功功率跟踪性能。     

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。     

提高光储柴独立微网频率稳定性的虚拟同步发电机控制策略

针对由间歇性可再生能源、柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统构成的独立微网,提出一种提高系统频率稳定性的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型并分析其输出电压与频率的阶跃特性;其次,在理论分析VSG控制与微网频率稳定性关系的基础上,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调压特性引入储能变换器(ESC)的控制中,使ESC具有虚拟惯性与阻尼;然后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对比针对ESC采用传统电流控制、下垂控制及VSG控制时负载阶跃条件下的系统频率响应特性;最后,建立一套包含2台VSG及1台DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

虚拟同步储能变换器的功率环双模式控制

根据虚拟同步储能变换器功率环主要参数的相互影响进行了小信号建模分析,为功率环参数设计和选取范围提供了参考。据此,针对虚拟储能变换器并网运行时存在的稳态功率偏差和功率限额问题,提出一种适用于并网工况的储能变换器虚拟同步机PQ模式控制策略,并在必要时将PQ模式与VSG下垂模式进行切换。虚拟同步发电机(VSG)的PQ模式并网除了能实现稳态时恒功率运行外,暂态过程中还具有一定的惯性和阻尼,并网状态下能够自同步,无需锁相环。仿真和实验结果表明,所提双模式控制策略稳定可靠且切换平滑。     

虚拟同步机并联电流控制型变换器系统暂态同步稳定性分析

并网并联供电系统中,电流控制型变换器注入电流对虚拟同步机暂态同步稳定性有不可忽视的影响,甚至可能导致系统出现不可逆失稳问题.研究并联供电系统中变换器间的交互机理是保证系统在暂态过程中安全稳定运行的重要前提.文中建立了电流控制型变换器与虚拟同步机暂态交互模型,发现注入电流对虚拟同步机暂态稳定性的影响主要由功率耦合项决定....