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。     

微电网孤岛模式下虚拟同步发电机的频率控制研究

在微电网孤岛运行方式下采用传统虚拟同步发电机的控制方式,仅具有一次调频的功能;利用虚拟同步发电机控制参数灵活的特点,提出了一种改变下垂控制系数的二次调频策略,该策略利用频率和负荷变化量即可整定出新的下垂控制系数;虚拟同步发电机可根据负荷变化过程中频率是否超过其限定值,在一次调频控制和二次调频控制间灵活的切换,实现了微电网支撑频率的目的,提高了微电网抵御负荷变化的能力。最后通过MATLAB/Simulink仿真实验平台搭建了微电网的孤岛运行模型,验证了微电网孤岛模式下频率控制策略的正确性和有效性。     

影响风电一次调频能力的参数选取

变速风力发电机本身没有频率调节能力,因此随着孤岛运行的微电网中风电渗透率的增加,系统频率调节能力越差,提出在风电机组转子侧附加虚拟惯量和转速控制环节使风力发电机主动响应频率变化,参与系统的一次频率调节,由于风电调频效果受多个因素的影响,因此要达到最佳的调频性能就需分析影响风电调频能力的参数并选取合适的参数值。通过增大微电网中风电渗透率验证所提控制策略对提高系统频率稳定性的作用,并分析风电机组与常规同步发电机的一次频率调节系数以及风电机组预留的备用大小对微电网一次频率调节的影响,通过仿真,选取合适的调频参数从而充分发挥风电机组的调频能力,减轻同步发电机的调频压力,增强系统的频率调节特性。     

基于无模型自适应控制的船舶微电网二次调频控制策略

针对复杂海况下船舶微电网由于负载投切导致频率偏移越限及船舶微电网二次调频控制器设计的问题，提出一种基于无模型自适应控制(MFAC)的船舶微电网二次调频控制策略。对包含未知船舶负载扰动的虚拟同步发电机转子运动方程进行离散化处理，通过紧格式动态线性化处理方法给出关于虚拟同步发电机输出角频率与虚拟输入机械功率离散后的数据模型，并将未知负载扰动合并到一个非线性项中；根据数据模型设计MFAC控制器，并给出伪偏导数估计算法；采用径向基神经网络观测器对包含船舶负载扰动的非线性项进行观测，并结合无模型自适应控制改进虚拟同步发电机控制策略，给出船舶负载扰动下的船舶微电网二次调频控制方案；构建船舶微电网二次调频系统；最后在仿真模型中验证了所提控制策略的准确性和有效性。     

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...     

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。     

独立微网中虚拟同步发电机的频率自恢复控制策略

在采用虚拟同步发电机控制的独立微电网中,为使频率获得良好的动态响应特性,利用虚拟同步发电机的储能单元参与二次调频,提出一种独立微网中虚拟同步发电机的频率自恢复控制策略(frequency self-recovery,FSR);并对双机二次调频系统进行了稳定性分析;该控制策略能够根据频率偏移自动在一次二次调频控制策略间切换,有效抑制频率越限,使频率较快恢复,且能在不依赖复杂通信系统的情况下有效提高独立微网的频率稳定性,具有较高的可靠性。仿真分析验证了文中所提方法的有效性。     

改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源控制策略

基于电力电子换流器并网的分布式能源对微电网系统的惯性几乎没有贡献,这将成为分布式能源大规模接入微电网之后面临的新问题。虚拟同步发电机控制策略作为一种能够使含储能装置的分布式逆变电源具有虚拟惯性的方法,对改善微电网系统频率的稳定性具有重要作用。在理论推导及分析虚拟同步发电机控制与微电网关系的基础上,提出了一种改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体控制策略,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变电源的上层控制中,底层控制则根据同步发电机的并网矢量关系得到。最后,搭建了简单微电网系统的Matlab/Simulink仿真模型及物理实验平台,通过仿真和实验充分验证了所提虚拟同步发电机控制方法对微电网频率稳定性的支持作用。     

基于改进虚拟同步发电机的多逆变器频率无差控制策略

在采用传统虚拟同步发电机频率恢复控制的离网微电网中,由于纯积分模块的引入和一次调频响应较慢,造成系统功率分配不均和一、二次调频耦合问题.为此提出了一种具有自动开关延时的虚拟同步发电机无差调频控制策略,即用可控的频率积分反馈回路代替传统虚拟同步发电机频率控制回路.通过改进的控制策略,可使微网逆变器根据角速度变化量的不同自...     

用于微电网孤岛运行的逆变电源控制方法

阐述了微电网孤岛运行时对逆变电源的要求,提出了一种基于同步发电机数学模型的逆变电源控制策略,并借鉴传统电力系统中频率及电压幅值控制方法,设计了微网系统的功率平衡及频率幅值控制方法.文中采用一次调频和二次调频实现负荷有功功率变化时所有微源间变化功率的合理分配,维持系统频率的稳定;电压调节器通过调节励磁电压,维持输出电压的...     

独立微网下频率和电压自恢复的二次调节及功率分配控制方法

传统的虚拟同步机控制策略在独立微网运行情况下系统出现大容量负载投切时,系统频率和电压会偏离额定值,严重时将会发生频率和电压越限,影响系统的安全运行。为解决这个问题,首先基于虚拟同步机控制策略提出一种在独立微网下频率和电压二次自恢复调节控制方法,实现变流器的频率和电压自治恢复调节。其次,针对变流器线路阻抗参数不一致,导致变流器输出有功功率和无功功率分配不均的问题,分析产生此现象的原因,提出功率均分控制策略,实现功率的分配控制。最后,采用单母线和网状2种结构对提出的控制算法进行验证。算例结果证明该控制策略的有效性和通用性。     

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。     

基于智能自学习控制的船舶微电网预同步控制策略

针对船舶靠港期间微电网并网预同步控制过程的频率偏移越限问题,提出一种基于智能自学习控制的船舶微电网预同步控制策略。首先,通过利用已知虚拟同步发电机输出相角计算船舶微电网与船舶主电网之间的相位差。然后,基于改进的动态线性化方法将离散后相位差非线性系统转化为紧格式局部线性化数据模型。之后,根据数据模型设计智能自学习虚拟同步发电机预同步控制算法。最后,通过船舶虚拟同步发电机预同步过程中功频下垂系数的自适应调整避免船舶微电网输出频率的偏移越限。通过对比仿真实验,所提控制策略可实现快速平滑的并网预同步控制并有效规避了频率越限,实现了船舶本地异步电机负载的正常稳定工作,验证了该控制策略应用于靠港船舶微电网的优越性和精确性。     

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。     

改善独立微网频率动态特性的虚拟同步发电机模型预测控制

随着分布式能源在独立微网内的渗透率不断升高,系统惯量水平逐渐降低。虚拟同步发电机(VSG)由于能够模拟惯量,对系统频率的动态变化具有一定的阻尼作用,已逐步应用于微网中。针对新能源出力波动或负荷投切等导致微网内瞬时功率失衡,进而引起系统频率振荡甚至超过安全约束的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的VSG控制方法。建立了以频率变化率为约束,以频率偏差和VSG出力加权值为优化目标的预测模型。设计了根据系统频率及VSG输出电压—电流等物理量,利用预测模型计算所需功率增量,并据此改变VSG输入功率设定值的整体控制策略。同时,给出了预测模型的求解算法,并对算法收敛性进行分析,为关键参数的选取提供了依据。通过独立微网内负荷投切和分布式电源出力波动等典型工况下的仿真,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应参数虚拟同步机的微电网稳定控制

随着分布式发电技术与微电网技术的快速发展,现代电力系统尤其是微网中的电力电子化程度越来越高。微电网中电力电子变流器因缺乏必要的惯性和阻尼成分,从而影响到系统稳定。针对此问题,文章通过模拟传统同步机转子方程,基于下垂控制添加虚拟惯性和阻尼,搭建了用于逆变器控制的虚拟同步机控制模型;研究了惯性和阻尼参数对虚拟同步稳定控制效果的影响,进而通过设计合理的触发机制提出了自适应参数虚拟同步控制策略,可根据控制需求灵活切换自适应参数调整模式。最后的仿真验证和对比分析表明,所提策略一定程度上有利于增强系统的频率和功率稳定。