基于虚拟同步发电机控制策略的风光并网技术

以风电、光伏为代表的分布式能源需要依靠并网逆变器接入电网。随着分布式新能源在电网中的渗透率不断攀升,逆变器低惯量和欠阻尼等缺陷愈发明显,稳定性问题愈发严重。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术借鉴了同步发电机运行机制,将其融合到电力电子逆变器控制策略中,提高了电力系统的稳定性。借助虚拟同步机技术,介绍了风力虚拟同步机(Wind Power VSG,WP-VSG)和光伏虚拟同步机(Photovoltaic VSG,PV-VSG)结构及其动态性能。在MATLAB/Simulink仿真软件中的仿真试验验证了PV-VSG结构及相应控制策略,证明了在光伏出力波动时能为微电网提供频率支撑。     

基于虚拟同步发电机的新型光伏发电系统

指出传统的虚拟同步机硬件结构中,光伏发电设备与储能设备通常在直流侧连接后与逆变器相连,这种方案的控制较为复杂,缺少灵活性,不利于模块化的应用。提出一种新型的虚拟同步发电机硬件结构,并设计了基于电压或电流型控制的光伏逆变器控制策略和基于虚拟同步机思想的储能逆变器控制策略,系统整体体现虚拟同步机特性。仿真结果表明这种虚拟同步机控制策略可以有效抑制频率波动,加强微网稳定性,提升电能质量。     

基于虚拟同步发电机的逆变器控制策略研究

当孤岛状态下的微电网输出功率发生变化时,微电网母线电压频率往往也会发生变化.导致微电网电能质量下降,对接入微电网的设备造成不良影响。在传统大电网中,同步发电机因具有较大惯性的特点在维持电网电压稳定上发挥了巨大的作用。通过对同步发电机工作原理的研究与分析,设计了模拟同步发电机的逆变器控制策略。这种基于虚拟同步发电机的逆变器控制策略能够模拟同步发电机的外特性。使逆变器输出电压具有较大的惯性,可以提高微电网母线电压频率的稳定性,并且可以实现逆变器输出功率的均分。最后在微电网实验平台上验证了这种控制策略的有效性。     

自同步电压源逆变器控制策略研究

新能源发电在电力系统中渗透率不断提升给电力系统的稳定性带来了影响。为提高电力系统稳定性,这里研究和讨论了自同步电压源逆变器控制策略。利用同步发电机转子运动方程、一次调频调压特性,虚拟同步机的"惯量",建立自同步电压源逆变器的数学模型,研究了自同步电压源逆变器有功/频率动态响应特性,并分析了主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响。仿真和实验表明,自同步电压源逆变器在外特性上近似等效为一个同步发电机,具有良好的调频调压性能,能很好地适应电网的运行要求。     

基于虚拟同步发电机的柔性虚拟调速器模型

同步发电机具有维持电网电压、频率稳定的作用,模拟同步发电机特性的逆变器也适用于电源并联系统。基于虚拟同步发电机的控制思想,提出了一种柔性虚拟调速器模型。通过建立含原动机组和伺服机构的调速器模型,实现与常规同步发电机调速器在控制阶数、逻辑上的一致性,避免了虚拟同步机与实际同步机并联时因调速器时间常数差异导致的动态功率分配不均。同时,该虚拟调速器还可根据实际并联系统的调节时间要求设定相关柔性参数,从而提升了虚拟同步机的适用范围。仿真对比研究验证了模型的正确性,并通过10kW三相逆变器验证了所提出的调速器模型的有效性。     

基于自适应虚拟惯性的微电网动态频率稳定控制策略

微电网作为分布式电源的有效载体,通过分布式电源并联连接形成独立电网。而微电网中传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,在负荷频繁波动下易受到较大扰动。为了提高微电网频率的动态稳定性,文中提出了一种基于自适应虚拟惯性的同步发电机的控制策略,该方法模拟同步发电机的行为,构造频率变化率与虚拟惯性的关系,自适应改变虚拟同步发电机控制的惯性,从而提高微电网系统抗干扰能力和过载能力。相比于传统的交替惯性方法,所构造的自适应惯性算法不需要采样频率微分项,避免了引入系统噪声,同时实现了惯量的平滑灵活调节,具有较强的鲁棒性。另外,利用李雅普诺夫稳定理论分析了所提算法的收敛性和稳定性。仿真和实验结果表明所提方法提升了微电网频率的动态稳定性,从而验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于Washout滤波器的虚拟同步发电机新型控制方法研究

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略能使逆变器模拟同步发电机运行机制,有利于改善系统稳定性,已成为逆变器控制技术的热点问题之一。首先对VSG的结构进行详细的分析,包括电压电流双环的解耦控制、有功功率和无功功率的下垂控制以及同步发电机的建模等。然后在此基础上提出了一种基于Washout滤波器特性的新型VSC控制方案。最后通过Matlab仿真结果验证了所提的VSG控制方法的有效性和可行性,并说明了新的控制方案可以改善微电网系统的频率与电压,提高微电网的适应性和电能质量。     

虚拟同步发电机及其在混合微电网中的应用

近年来,随着分布式光伏发电、风电和内燃发电机发电技术的逐步成熟,分布式能源被赋予了新内涵。为增强局部供电的可靠性,针对虚拟同步发电机(VSG)技术及其在光伏-内燃发电机混合微电网中的应用进行了研究。介绍了混合微电网系统的拓扑结构和不同工作模式;建立了基于VSG控制策略的光伏逆变器数学模型,重点分析了基于VSG控制的电压源型逆变器的运行特性;分析了VSG并网和孤岛两种控制模式及其之间的无缝切换。针对雁栖湖生态示范区智能分布式电源系统的光伏-内燃发电机混合微电网,利用其中100 kVA光伏逆变器进行实验,验证了VSG控制策略的可行性与有效性。     

虚拟同步发电机及其在独立型微电网中的应用

针对独立分布式发电系统设计了一种基于同步发电机功角特性的虚拟同步发电机控制策略,使逆变器能以电压源形式与柴油发电机并联组网。所设计的控制策略实现了逆变器对电网的无缝投切,逆变器在并网运行时能根据指令调节有功输出。突加、突减负载时逆变器能迅速响应需求输出功率,有效地减小了微电网电压幅值和频率波动。当微电网中柴油发电机停机时逆变器能独立支撑微电网的电压和频率,使微电网电压和电流平稳过渡。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所设计控制策略的有效性。     

虚拟同步发电机及其在微电网中的应用

针对分布式电源并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略及其在微电网中的应用进行研究。建立并网逆变器用虚拟同步发电机控制方案的数学模型,研究基于虚拟转矩和虚拟励磁的并网有功、无功调节方案,定量分析系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响,详细分析惯性和阻尼参数的整定方法,提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略,可模拟同步发电机的准同期并列装置。最后,针对一个典型微电网系统,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果和一台50 kVA样机的实验结果验证所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,所提的并网功率调节控制策略具有较好的有功、无功跟踪性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提高系统稳定性,此外,还能满足微电网不同运行模式之间的无缝切换。     

一种微电网分布式电源新型控制策略

针对分布式电源不具有惯性使得微电网控制困难的问题,引入了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术,设计了基于VSG算法的逆变器控制策略,并针对该控制策略存在的不足提出了一种基于VSG算法的直接功率控制策略;微电网中不同分布式电源分别采用上述2种基于VSG算法的控制策略,并分别作为组网单元和并网单元,它们控制方式不同但均具有类似同步发电机的负荷响应特性,在实现微电网虚拟惯性的同时可以达到灵活控制的目的;对微电网的协调控制进行了分析,设计了微电网频率调整和电压控制策略,针对孤岛向并网模式平滑切换,采取基于虚拟功率的预同步控制策略;最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的有效性。     

新型虚拟同步发电机控制方法及其暂态过程自适应控制策略

针对分布式电源并网存在波动性的问题,提出了一种新型虚拟同步发电机控制方法及其相应的暂态过程自适应控制策略。该虚拟同步发电机控制方法利用状态反馈解耦和输入前馈的方法改进了逆变器矢量控制结构;根据转子机械运动方程建立有功控制环,并在原有直流功率中加入直流电压调节分量实现稳定直流电压的控制。该方法整体具有明显的二阶系统特性,并且其控制参数与其自身时域特性形成了简洁而明确的关系。而其暂态过程自适应控制策略通过综合考虑电网的频率偏移和分布式电源的功率波动,自适应配置虚拟同步机的相应参数,改变暂态过程的动态特性,以调节并网系统等效惯性。仿真结果证明了该方法及其理论分析的有效性和正确性。     

含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略与分析

针对高渗透率光伏发电接入电网带来的电压/频率稳定问题,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)策略作为一种能使光伏电站主动参与电网调频、调压的控制技术,受到了广泛地关注。以含储能的光伏电站作为研究对象,提出了含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略,推导了光伏虚拟同步发电机的有功-频率控制、无功-电压控制的数学模型,并对其控制器及参数进行了分析。在PSCAD/EMTDC环境中建立光伏虚拟同步发电机仿真模型,对该虚拟同步发电机有功频率、无功电压特性的动态过程进行了模拟,仿真结果验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

基于虚拟同步机控制的光伏发电带负载控制

本研究提出了以光伏电源代替直流电源的虚拟同步机控制策略,前级通过设置BOOST升压电路将光伏电池输出电压升高,经过后级逆变器将直流电转化为交流电带负载运行。BOOST电路采用最大功率点跟踪控制（采用基于电导增量法的MPPT控制）,以此获得光伏最大出力使输出保持在最大功率点,从而最大化利用太阳能。仿真结果表明,设计的光伏虚拟同步机可以模拟实际同步发电机的特性,并且相比于下垂控制为系统提供了惯性和阻尼,进一步验证了所提控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的微电网改进下垂控制策略

针对传统下垂控制作用下微电网的运行状态平滑切换问题,利用虚拟同步发电机思想,在控制环中加入虚拟的转动惯量方程,使得微电网逆变器具有与传统的同步发电机相似的动态性能,解决了微电网逆变器输出阻抗小、阻尼小等问题,以此来降低由于功率的急剧变化所造成的频率振荡;同时增加一个补偿控制环节,增加系统在运行状态切换情况下的稳定性。采用MATLAB软件进行仿真,验证了所设计的微电网改进下垂控制策略的有效性。     

三相四桥臂虚拟同步发电机预同步、多环路控制及负载不平衡控制方法

设计了一种三相四桥臂虚拟同步发电机多环路控制策略,通过有功和无功的解耦控制使逆变器模拟同步发电机的一次调频、一次调压、惯性和励磁特性,并改进了控制方法,在功率环之后级联电压电流双环,改善微电网动态调节性能。针对平滑并网,利用一种预同步控制策略,使逆变器的频率相位和幅值追踪电网电压。同时,针对带不平衡负载时的电压不平衡、频率波动问题,提出了一种变频率自适应谐振控制方法。仿真与实验验证了所提控制方法的可行性。     

基于虚拟同步机的微电网频率稳定控制研究

大量电力电子设备接入下的微电网,由于缺少必要的惯性储备,将加剧系统因故障扰动、孤网运行等带来的频率不稳定问题。为解决该问题,可模拟传统同步机的运行特性,在逆变器控制中加入惯性和阻尼环节。根据上述思想,本文基于传统同步机摇摆方程,建立了虚拟同步机控制模型,分析了该控制策略下系统的动态特性,重点研究了不同阻尼系数下的虚拟同步控制器对系统频率稳定性的影响,并根据控制需求,提出了变阻尼系数控制的方法。通过Simulink仿真和硬件在环实验,验证了所提方法的正确性和可行性;最后,对比了传统PQ控制及下垂控制下系统的频率稳定性,显示了该控制方法的优越性。     

基于虚拟同步机的微电网频率稳定控制研究

大量电力电子设备接入下的微电网,由于缺少必要的惯性储备,将加剧系统因故障扰动、孤网运行等带来的频率不稳定问题。为解决该问题,可模拟传统同步机的运行特性,在逆变器控制中加入惯性和阻尼环节。根据上述思想,本文基于传统同步机摇摆方程,建立了虚拟同步机控制模型,分析了该控制策略下系统的动态特性,重点研究了不同阻尼系数下的虚拟同步控制器对系统频率稳定性的影响,并根据控制需求,提出了变阻尼系数控制的方法。通过Simulink仿真和硬件在环实验,验证了所提方法的正确性和可行性;最后,对比了传统PQ控制及下垂控制下系统的频率稳定性,显示了该控制方法的优越性。     

具有阻尼和惯性的电流下垂控制研究

针对虚拟同步发电机控制策略的优良特性,研究了其在电流下垂控制中的应用。采用电流下垂控制算法取代虚拟同步发电机的有功/频率调节和无功/电压调节控制策略,保留其机械转动所具有的惯性和阻尼特性,舍弃其定子电气模块,使逆变器不仅具有电流下垂控制的优越性能,而且具备虚拟同步发电机的阻尼和惯性特征,增强电网频率和电压幅值的稳定性。通过在电压/电流双闭环控制器中引入虚拟阻抗,提升并网逆变器的鲁棒性。仿真实验结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。     

虚拟同步发电机的参数设计及在微电网中的应用研究

针对微电网逆变器及其控制展开研究,借鉴了同步发电机的运行特性、控制策略以及电力系统的电压、频率调节器控制结构,将逆变器改造为一台具有同步发电机特性的虚拟同步发电机。借鉴了同步发电机系统的调速器和励磁控制器的基本原理,设计了虚拟同步发电机的调速器和励磁控制器,利用根轨迹法详细分析了各个参数变化对系统稳定性的影响,对系统中的参数进行了整定。提出一种改进的无功-电压下垂控制策略,抵消了线路阻抗对无功均分的影响,有效地提高了负载端电压的稳定性;推导得到一种预同步技术方案,并且对预同步的参数进行了设计。