考虑多控制环耦合的并网逆变器非线性建模及仿真分析

随着新能源发电技术的快速发展和电力电子化设备的规模化应用,电力电子化已成为新型电力系统的重要发展趋势。并网逆变器作为新能源接入电网的重要接口,其暂态稳定性对电力系统的稳定可靠运行尤为重要。并网逆变器具有多控制环耦合与强非线性的特征,因此建立其非线性数学模型是分析其暂态稳定性的重要基础。然而,已有的研究大多是基于小信号建模或只考虑单一控制环节的简化非线性建模,不能完全表征并网逆变器在大扰动条件下的暂态响应。因此,充分考虑并网逆变器多控制环耦合特性,建立其全阶非线性暂态模型,包含功率下垂控制环、锁相环,电压电流双闭环控制。为了便于模型应用,采用奇异摄动法推导了非线性降阶模型。利用Matlab/Simulink时域仿真和RT-Lab实时仿真,验证了全阶模型和降阶模型在小扰动和大扰动下的准确性。在非线性降阶模型的基础上进行线性化,并利用小信号方法分析了系统参数对稳定性的影响。所建立的并网逆变器非线性暂态模型具有较高的模型精度和实用性,可为电力电子化电力系统的暂态稳定性分析提供数学模型基础。     

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。     

基于哈密顿原理的新能源并网逆变器小信号等值建模方法

作为新能源并网的重要接口,逆变器在新能源场站中得到大量应用。然而,由于逆变器控制复杂,对大规模的并网逆变器群难以直接进行理论分析与仿真计算。为了便于分析多逆变器系统的动态特性与稳定机理,有必要在保留逆变器主导特性的前提下研究并网逆变器的等值建模方法。基于哈密顿作用量的同调等值方法可实现逆变器群的模型聚合,且具有明确的物理意义。利用哈密顿原理,推导出了基于逆变器传递函数的同调判据,并将判据简化为基于幅频响应的小信号等值判据。该判据具有较好的解析性和实用性,可为大规模逆变器系统的稳定性分析提供模型简化依据。最后,针对5台逆变器组成的并网系统,基于所提出的传递函数判据实现了分群等值,通过对比等值前后的模型响应特性,验证了所提方法的有效性。     

弱电网条件下虚拟同步机与SVG并联系统的暂态稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略因具有较好的频率响应和惯量支撑特性已被广泛用于新能源并网逆变器。针对VSG的无功电压下垂特性对其功角稳定性的不利影响,可通过并联静止无功发生器(static var generator,SVG)来改善。首先,给出了VSG与SVG并联系统的典型控制策略,并利用功角特性曲线分析了VSG电压下垂特性对其暂态稳定性的影响。然后,建立了VSG-SVG并联系统的全阶非线性模型。进而利用T-S模糊模型逼近和线性矩阵不等式方法构建了针对非线性系统的Lyapunov稳定性判据,并定量估计了系统的功角稳定域。最后,分析了电路参数和控制参数对系统稳定性的影响。利用MATLAB仿真及硬件在环实验对理论分析结果的有效性进行了验证。