虚拟同步发电机的无缝切换控制技术

对微电网中并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略进行了研究。首先,搭建了VSG控制的功频调节部分和励磁调节部分。VSG通过模拟同步发电机的惯性和阻尼特性,实现了并网和离网的独立运行,但是在并离网切换时容易出现电流和电压冲击。为实现并离网的平滑切换,提出了一种离网模式下恒压/恒频控制、并网模式下VSG控制的控制策略。在离网运行时,恒压/恒频控制模式为负载提供电压和频率的支撑;在并网运行时,由VSG控制模式提供。同时,详细地分析了调差系数、阻尼系数和转动惯量对功频特性的影响。最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证该控制策略的有效性。仿真结果表明:该控制策略解决了微电网在不同模式之间的无缝切换问题;与传统的切换过程相比,减小了切换过程中的电压和电流冲击,提高了微电网在运行过程中的稳定性,可以应用于多微源并联的微电网。     

基于NARMA-L2的岸电并网电压控制策略研究

岸电并网控制技术是船舶岸电的核心技术之一,能够实现岸侧对靠港船舶的不间断和稳定供电.针对传统岸电控制策略在并网瞬间和负载变换时电压产生较大波动的问题,提出了一种基于神经NARMA-L2自校正模型的岸电并网V/F控制策略,使岸电控制器具有更强的动态响应能力和控制精度,在岸电合闸之前使用预同步控制技术对岸侧电源进行调节,减少并网时刻产生的电流冲击.通过仿真表明,基于神经自校正改进的V/F控制策略相比传统的V/F控制策略,能够明显提升并网时刻和负载切换时刻的电压稳定性,减少船舶电网的电压波动.     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

基于虚拟柴油发电机控制策略的岸电电源设计

岸电电源需要与各种类型的船舶电源系统进行无缝切换,而传统的基于虚拟同步发电机控制策略的岸电电源只能模拟同步发电机的机械特性,与船舶的主电源——柴油发电机还略有差异。因此并网运行常出现大的超调和低频振荡等问题。针对这些问题,首先对柴油发电机(DG)和传统的虚拟同步发电机控制进行建模分析,然后针对DG动态响应速度慢、电压频率易波动的问题,提出了虚拟柴油发电机控制策略。该控制策略利用补偿网络的惯性抑制了频率的波动,微分环节提高系统的动态特性。最后,建立一套100kVA岸电电源系统样机系统,试验结果验证了该控制方法的有效性。     

船舶与岸电并网控制策略分析

针对目前国内部分港口船电与岸电不断电并网实现较差、稳定性不高的缺点,文中采用了RBF自适应滑模控制策略进行并网控制,并针对滑模控制存在的抖振现象改进传统滑模控制,采用PI形式滑模面和分数阶趋近律,在并网过程中会抑制导致并网失败的大冲击电流并且可以提高并网电压和频率的稳定性及并网功率稳定性,降低并网设备损坏率.仿真结果表明,所采用的策略与PID控制策略进行对比,在保证不断电并网时,RBF自适应滑模控制能够更好的控制并网电压和频率,具有较好的抗扰性和鲁棒性,并对并网时功率波动具有抑制作用.     

具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统研究

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的并网逆变器可以对电网的频率和电压起到一定的支撑作用.但是,仅由光伏供电的逆变器难以模拟同步发电机的特性.本文提出一种具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统,并给出了相应的VSG控制策略、DC–DC控制策略以及协调控制方法;建立了系统的小信号模型,分析了参数取值对动态性能和稳定性的影响.仿真结果不但表明该系统具有同步发电机特性,可实现光伏阵列的最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和储能的充放电控制;而且验证了理论分析的正确性.     

并网逆变器分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制技术

传统虚拟同步发电机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了虚拟阻尼与惯性,增加了系统的频率和电压的支撑能力.然而,引入的虚拟惯性会增加系统的阶数,引起逆变器并网运行过程中输出有功功率的振荡,并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响应速度变慢.对此,基于分数阶虚拟惯性环节的频域特性分析,提出一种分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略.与基于一阶惯性环节的VSG技术相比,基于分数阶虚拟惯性的VSG技术增加了可调参数,能显著抑制有功功率的振荡,全面改善并网逆变器的性能.仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和优越性.     

多VSG并联组网下的功率分配策略研究

虚拟同步发电机(VSG)控制算法能够模拟传统同步发电机的外特性,控制逆变器为大电网提供电压和频率支撑,以及相应的惯性和阻尼特性,使得大电网的稳定性得到提高。基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略,在外环中引入励磁调节器,考虑实际导线参数,提出一种多VSG并联组网下的功率分配策略,通过搭建两台不同容量的VSG并联系统仿真模型,实现VSG在并网下按照额定容量比进行功率分配。经过实验验证,多VSG并联下的功率分配策略可以实现离/并网运行模式的无缝、平滑切换,有较好的可行性与适用性。     

含非线性负载的逆变器虚拟同步发电机控制策略

针对逆变器的负载侧接入非线性负载会引起逆变器输出电压发生畸变,甚至会损坏逆变器的问题,基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的逆变器,从VSG控制的角度出发,提出一种VSG谐波电压补偿控制策略。该控制策略通过向VSG功率控制环提供适当的谐波参考电压,将参考电压与传统VSG参考电压叠加,对逆变器输出电压进行补偿,降低逆变器输出的谐波电压。最后,通过仿真和实验对比谐波电压补偿前后的控制结果,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

电压源型全功率风电变流器控制策略研究

在弱电网特征下的电力系统运行环境中,传统的电流源型变流器控制方式容易出现振荡现象,这增加了风电机组的穿越难度和脱网概率。文章基于虚拟同步发电机技术（virtual synchronous generator,VSG）,结合电压源型变流器控制方式和电流源型变流器控制方式,设计了一种新型的电压源型变流器的控制策略。其在正常并网运行条件下,采用电压源型变流器控制方式,有功控制通过VSG增加有功补偿,无功控制前端注入无功电流;在启停机和高低电压穿越工况下,采用电流源型变流器控制方式。该控制策略融合了电压源型变流器控制方式与电流源型变流器控制方式两者的优点,不仅具备频率支撑特性,同时还具备快速的有功无功响应能力。对全功率风电变流器的并网过程、有功无功响应及高低压穿越过程进行仿真和样机实验,结果显示,所提新型控制方案在风电变流器各运行工况下都能取得很好的控制效果,使风电机组具备良好的稳态及动态性能,并能很好地适应新能源并网的需求。     

自同步型并网逆变器有限时间全阶终端滑模控制研究

由于单台逆变器从离网到并网的切换过程中电网侧信息的获取会延迟,使得经典的虚拟阻抗方法难以实现逆变器自同步电网信息的功能.因此,文中设计一种基于有限时间全阶滑模控制的直流母线电压/无功功率控制器,该控制器与PQ型控制器相比减少了复杂的锁相环(PLL)结构,与虚拟同步发电机(VSG)控制技术相比增加了电网侧频率信息的采样,可实现对对电网信息的自同步追踪,并且有限时间的全阶滑模控制保证了微网系统具有更快的响应速度和较强的鲁棒性.对比的仿真和实验结果表明,所设计的控制策略可以快速跟踪电网电压信息,有效提高逆变器输出电压的动态调节能力.     

基于VSG的光伏发电系统建模与仿真研究

光伏发电往往通过电力电子接口接入电网,使得系统面临频率和电压稳定性等方面的挑战。结合光伏发电的输出特性,提出了一种基于虚拟同步发电机(VSG)的光伏发电系统变流器控制策略。首先,综合光伏阵列、升压电路、脉冲宽度调制和最大功率跟踪控制模块,搭建了光伏发电系统的仿真模型。其次,基于传统同步发电机运行机制,提出了有功频率控制和无功电压控制方法,实现了有功功率控制和调频调压的双重功能,完成了光伏发电系统的运行控制。最后,分析了不同光照强度和不同温度下光伏阵列的输出特性,并在负荷功率扰动条件下,开展了系统的直流侧逆变电压、虚拟同步发电机输出有功功率和系统频率等特性研究。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。     

虚拟同步发电机技术在风力发电中的应用

随着化石能源危机和环境污染问题日益严重,风力发电产业发展迅速。传统风力发电机组受到其中电力电子装置的影响,在并网时对电网电压和频率呈现低惯量、欠阻尼影响,对电网的稳定形成严峻的挑战。虚拟同步发电机(VSG)技术能模拟传统同步发电机的运行特性,改善电网的稳定性,还能进一步推动智能电网的形成,因而成为目前研究的热点。介绍了虚拟同步发电机的基本原理及模型,综述了目前风力发电虚拟同步发电技术主要的控制方案,分析了各种控制方案的优缺点。介绍了虚拟同步发电机在风力发电中的应用并列举出成功案例。最后,对VSG技术接入电网面临的问题进行了分析并提出今后的研究方向,为VSG技术在风力发电中的发展和应用提供技术支撑。     

基于VSG微网储能变流器无缝切换控制策略研究

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用P/Q控制和VSG控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器。通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以及系统的各种扰动;将扰动估计值补偿给P/Q控制器和VSG控制器切换过程中的突变量,从而抑制切换过程中的电压、电流波动。最后,建立基于LADRC的储能变流器无缝切换仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。     

自适应惯量及阻尼VSG的船舶光伏逆变器控制

绿色船舶是未来船舶发展的趋势,随着光伏等新能源引入船舶电网,船舶电网惯性及一次调频能力不足。针对上述问题,在船舶光伏逆变器中引入虚拟同步发电机技术,建立小信号模型,分析转动惯量与阻尼系数对系统动态性能的影响,并提出一种转动惯量和阻尼系数自适应的VSG控制策略,根据虚拟转子角频率的变化率实时调节转动惯量与阻尼系数,并在VSG有功调频基础上引入辅助调频功率,以抑制功率与频率的超调量,改善VSG的动态特性。最后在MATLAB/Simulink中搭建船舶光伏仿真模型,将传统VSG与所提控制策略进行对比分析,结果表明提出的控制策略可以有效抑制功率与频率震荡,增强了船舶光伏发电系统安全稳定运行能力。     

基于状态反馈的船舶供电变流器柔性并/离网控制策略研究

为实现船舶用供电变流器与岸电并/离网的柔性切换和可控功率转移等功能,文章提出了一种根据并/离网状态反馈分别进行电压控制和电流给定模式切换控制的方法,其实现了离网模式下输出电压快速响应以及并网模式下与电网交互功率的可控转移,并基于调幅、调频的预同步控制以及给定电流指令与电压控制PI调节器平滑过渡实现了供电变流器柔性并/离...     

双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略

采用矢量控制结合PI控制来实现双馈感应发电机并网时,电机的各种磁链以及电压电流交叉耦合补偿部分都会降低电网电压跟踪的速度,使动态响应性能不够理想,令超调量增大.本文采用变结构控制与全状态反馈线性化解耦相结合的控制策略,来控制双馈感应发电机组的空载并网过程.在MATLAB仿真模型基础上,从空载并网时发电机定子电压对电网电压的跟踪、并网过渡过程中定转子电流变化情况,和并网后功率调节和最大风能捕获这3个阶段进行了仿真分析.最后将非线性变结构控制器与传统矢量控制外加PI调节控制的仿真结果进行了对比分析.结果表明,采用全状态反馈线性化变结构控制的双馈感应风力发电机组,可以实现发电机的平滑并网,并网效果较好,定子电流对电网冲击小,转子电流实现比较平稳的过渡.并网后,发电机能够有效地进行最大风能捕获,实现变速恒频发电和有功、无功功率的独立调节控制.通过与传统矢量控制的比较分析,可以看出,双馈感应风力发电机组采用状态反馈精确线性化变结构控制器比传统矢量PI控制器对电网电压跟踪速度更快,动态响应更快速、调节时间和超调量更小.     

电网电压不对称跌落下直驱风电系统控制策略

针对电网电压不对称跌落下直驱风电系统并网运行过程中出现的直流环节过电压、并网电流畸变、并网功率波动问题,在直驱风电系统并网变换器的直流环节并联超导磁储能系统;同时在分析电网电压不对称跌落下网侧变换器数学模型的基础上,采用抑制并网功率波动的正负序电流控制对网侧变换器的控制策略加以改进,从而稳定直流环节电压、改善并网电流品质、抑制并网功率波动。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

计及螺旋桨负载的船舶电力系统协调控制设计

推进负载对船舶电网的暂态稳定性影响是船电系统的主要特征之一.本文基于非线性鲁棒L2干扰抑制控制方法,研究了具有螺旋桨负荷的船舶电力系统中的励磁与调速的协调控制问题,在充分分析了柴油发电机组的非线性数学模型及其螺旋桨负载的相互耦合的非线性动态结构特性的基础上,提出backstepping控制技术与L2干扰抑制相结合的综合协调控制策略来设计控制器.该控制器在保证系统稳定的条件下,有效地抑制干扰对发电机系统电压和频率的影响.仿真表明,在给系统突加螺旋桨负载的情况下,该控制器能有效地抑制负载对系统性能的影响,验证了控制器的有效性.     

电网电压不对称跌落下直驱风电系统控制策略

针对电网电压不对称跌落下直驱风电系统并网运行过程中出现的直流环节过电压、并网电流畸变、并网功率波动问题,在直驱风电系统并网变换器的直流环节并联超导磁储能系统;同时在分析电网电压不对称跌落下网侧变换器数学模型的基础上,采用抑制并网功率波动的正负序电流控制对网侧变换器的控制策略加以改进,从而稳定直流环节电压、改善并网电流品质、抑制并网功率波动。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。