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。     

基于虚拟阻尼补偿的改进型VSG控制策略研究

虚拟同步发电机(VSG)控制不仅可更好地支撑微网的频率,还可实现多逆变器的并联组网运行,改善微网的运行性能。为更好地模拟传统同步发电机的特性,针对VSG动态过渡过程中的功率振荡,提出了一种改进型VSG控制策略,在传统VSG控制的基础上,通过引入补偿环节和可调参数,降低系统的阶数,既保证了系统的动态响应速度,又避免了动态的功率振荡,有效提高了VSG的控制性能。仿真及实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

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。     

基于双机并联虚拟同步机系统的自适应控制策略研究

近年来,为了使分布式发电系统呈现类似于同步发电机的特点,基于同步发电机机电暂态分析理论的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制技术受到了世界各国学者的广泛关注。然而多并联VSG系统在并网和故障稳定的过渡过程中存在功率振荡及频率波动,对电力系统的动态响应和稳定性有负面影响。文章介绍了VSG控制策略,建立了两台VSG并联的小信号模型,分析振荡时系统变量的变化情况,并提出一种基于自适应前馈控制的双机并联VSG控制策略。通过角频率的变化自适应增加前馈量补偿系统的功率缺额,提高了系统的响应速度和功率分配精度,抑制系统频率波动和有功功率振荡,保证了系统的快速稳定和安全性。最后在Matlab/Simulink平台上建立了仿真模型,仿真结果证明了所提出控制策略的可行性和有效性。     

基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析

虚拟同步发电机VSG（virtual synchronous generator）由于能够模拟同步发电机的运行特性而受到日益关注。通常而言,VSG通过下垂控制自动独立调节频率和电压,存在有功功率和无功功率易发生耦合振荡等问题,而虚拟稳态同步阻抗方案是一种能够通过调整逆变器输出阻抗特性从而抑制功率耦合振荡的有效方案。首先,介绍了基于虚拟稳态同步阻抗VSG控制策略的基本原理,分析了该方案下的VSG输出阻抗特性,发现该方案下的输出阻抗可由设定的虚拟稳态同步阻抗决定,与逆变器自身的滤波器和闭环控制器等参数无关;然后,通过建立逆变器小信号模型,得出了虚拟稳态同步阻抗可以增加VSG系统低频域特征根阻尼比,有效抑制功率耦合振荡的结论;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了基于虚拟稳态同步阻抗的VSG控制策略理论分析的正确性。     

基于VSG的改进型虚拟阻尼控制策略与特性分析

传统虚拟同步发电机（VSG）控制策略可模拟同步发电机的惯量和阻尼特性,但会使并网逆变器产生功率振荡和功率偏差。针对虚拟同步发电机动态过程中存在的功率振荡问题,提出一种基于VSG的改进型虚拟阻尼控制策略来抑制功率振荡。首先介绍了传统阻尼绕组与常系数虚拟阻尼绕组抑制功率振荡的原理及特性,其次利用根轨迹法分析设计了改进型虚拟阻尼控制策略的参数,最后搭建仿真模型验证了该控制的有效性及准确性。     

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。     

基于暂态虚拟电阻VSG同步频率谐振抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术通过模拟同步发电机运行外特性,提高了系统的惯性,成为解决分布式电源高渗透率问题的有效方案之一。然而考虑线路电感磁链的动态过程后,发现功率传输小信号模型存在频率为50 Hz的谐振峰,在线路电阻较小的情况下可能引发VSG的同步频率谐振现象,导致功率暂态过程中的振荡。基于同步频率谐振现象的产生原理,提出基于暂态虚拟电阻的阻尼控制策略来解决该谐振问题。最后通过搭建实验平台,验证了VSG的同步频率谐振现象及暂态虚拟电阻阻尼策略的有效性。     

参数协调模糊自适应VSG控制策略

常规虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator VSG)虽能解决新能源并网缺少惯性的问题,能够有效支撑系统频率,但同时带来扰动下的有功频率振荡现象。为进一步抑制功率振荡,全面改善系统动态响应性能,首先建立VSG有功环的小信号模型,根据闭环传递函数极点分布图分析虚拟参数选取对系统性能的影响。其次借鉴同步发电机功角、角频率曲线,设计精细化的虚拟惯量模糊调节规律,同时考虑有功超调量、频率变化率、调节时间和上升时间这4个性能指标选取适宜的阻尼比,虚拟阻尼根据所选阻尼比随虚拟惯量的变化协调自适应调节。最后通过Matlab/Simulink对比几种不同的VSG控制策略,验证所提控制策略的可行性和有效性。     

一种虚拟同步发电机的附加阻尼控制策略研究

虚拟同步发电机(VSG)作为一种逆变器友好并网控制策略在新能源并网发电系统中受到了广泛的关注.针对VSG功率调节与频率动态调节兼顾性差的问题,提出一种基于VSG控制的附加阻尼控制策略.首先,介绍了VSG的工作原理并建立数学模型,分析虚拟惯量对VSG频率-功率输出特性的影响.其次,为了改善系统的动态特性,通过将频率偏差信...     

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.     

虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略

随着新能源并网的增加,现有并网逆变器采用的直接电流控制无法有效跟踪电网电压。虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)技术通过模拟同步发电机运行机制,改善了系统稳定性,成为解决分布式电源高渗透率问题的有效方案之一。然而,虚拟同步发电机存在同步频率谐振现象,容易引发功率振荡,导致系统不稳定。该文分析电磁磁链的动态过程;通过建立虚拟同步发电机的宽频域功率动态耦合模型,发现有功–无功的功率耦合效应会加剧同步频率谐振;基于同步频率谐振的产生机理,采用有源阻尼控制的策略能有效抑制该谐振问题。最后,通过搭建实验平台,验证虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象、有功–无功动态耦合效应正确性及阻尼抑制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的频率谐振抑制策略

虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator）技术应用于新能源并网,其惯量和阻尼特性可灵活调节,提高了电力系统可控性、安全性及稳定性。大多数对VSG系统的研究都忽略了电磁磁链的动态过程引发的同步频率谐振现象,该现象在控制参数设计不合理时会导致系统稳定性下降,针对这一问题文中提出了选择VSG最优参数的约束条件。通过分析VSG的同步频率谐振产生机理推导出VSG系统的全频段动态功角,在此基础上推算出维持VSG系统稳定的约束条件,从而引入虚拟惯量与阻尼系数的最佳比值以及虚拟阻抗,消除了同步频率谐振,提高了虚拟同步发电机的稳定性。使用 Matlab/Simulink 软件进行仿真,验证了所提的控制策略具有有效性和可行性。     

多虚拟同步机并网系统功频振荡模态分析

基于系统传递函数的多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)功频振荡分析方法确定振荡频率需要建立复杂的高阶传递函数,计算量大,且不能提供系统各元件对功率振荡的参与程度等信息。该文提出一种通过建立多VSG并网系统回路阻抗矩阵获取系统振荡频率及振荡影响范围的模态评估方法。首先,运用类比法构建VSG功频控制环路多机并网系统的机械导纳模型;其次,借鉴电力系统中串、并联谐振特点的不同,为验证模态分析法的适用性,分别列写系统的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵进行模态分析,并进一步采用灵敏度分析法确定振荡时系统各VSG的参与度;再通过与频域分析法作对比研究当VSG数量、电网等效阻抗、虚拟惯量和线路阻抗变化时,系统关键振荡模态的变化规律,可为解决当前高渗透率新能源并网工程应用中出现的功频振荡问题提供参考。最后,通过搭建多VSG并网系统的仿真模型验证上述方法的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机对多机系统小干扰稳定性的影响研究

以电力电子接口并网的新能源具有低惯性的特点,对扰动的响应能力差; VSG(虚拟同步发电机)能模拟传统同步发电机的特性,是消纳高比例新能源的有效解决方案。通过建立VSG数学模型,对含VSG的多机电力系统进行线性化处理,最后利用特征值分析法研究VSG对多机电力系统小干扰稳定性的影响,并与时域仿真法进行对比,所得结论可为VSG参数调节和布局等工程实际应用提供参考。     

采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)为电力电子化电力系统所存在的惯量不足等问题提供了新的解决方案，但VSG是基于同步发电机的数学模型设计的，因此也存在传统同步电机的功率振荡问题。采用同步发电机的三阶模型进行VSG–无穷大系统的小信号模型的构建，并通过复数力矩系数法，分析得出在一定条件下，VSG–无穷大系统在线路阻抗等因素的影响下将产生负阻尼力矩，且线路电阻对负阻尼力矩具有非线性影响，功率振荡的可能性较大。设计一种用于改善系统阻尼特性的附加阻尼力矩补偿器(additionaldampingtorquecompensator,ADTC)，通过引入正阻尼力矩抑制功率振荡。最后通过仿真，验证了负阻尼力矩的影响因素及ADTC的可行性与有效性。     

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。     

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。     

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator, VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。