基于虚拟功率的虚拟同步发电机预同步控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过模拟同步发电机的外特性,有效缓解了可再生能源并网造成的惯性下降问题,但存在并网瞬间冲击电流大的问题。为解决该问题,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略。首先,通过控制虚拟功率为零来实现逆变器输出电压与电网电压的相位与幅值一致,同时无需锁相环节,简化了控制算法,提高了预同步过程的动静态性能。其次,对有功-频率控制器和无功-幅值控制器进行改进,提高了预同步控制精度。最后,通过实验验证了所提预同步控制策略的有效性。     

基于虚拟同步发电机的无锁相环预同步并网控制策略

利用虚拟同步发电机(VSG)技术,针对微电网逆变器离/并网平滑切换控制策略进行研究。首先,建立VSG数学模型,对VSG功频调节器、励磁调节器和电磁方程等控制部分进行设计,并给出相应的控制框图。其次,对传统离/并网切换原理进行分析,锁相环(PLL)的存在,导致在很大程度上影响预同步速度和精度,针对此问题提出一种改进预同步控制方法,省去PLL环节且只需要2个PI调节器,控制参数减少,切换瞬间冲击电流减小且能够抑制有功、无功功率冲击,有效实现微电网逆变器离/并网平滑切换。最后,通过基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和优越性。     

基于无锁相环的虚拟同步发电机离并网切换控制策略研究

针对微电网并网时的电流冲击、电压畸变、功率振荡的问题,提出了一种基于无锁相环(PLL)的虚拟同步发电机（VSG）离并网切换控制策略。建立了VSG的控制模型。然后,在离并网切换的过程中,设计了一种无PLL的预同步控制单元,省去了PLL环节,避免了PLL对系统控制精度以及响应速度的影响,简化了控制算法,缩短了预同步的时间,加速了离并网切换过程。同时直接将角频率差值反馈回功率环,避免了Δθ符号跳变对控制过程产生的影响,并引入了积分抗饱和环节以加速调节恢复过程。最后进行了仿真验证,验证了该控制策略的可行性。     

电压源虚拟同步发电机并网控制及实现

并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制技术利用电力电子装置控制灵活的特点,通过在控制系统中对同步发电机及其调速器/调压器的基本数学模型和调节特性的模拟,使得并网逆变器具有与同步发电机类似的自主参与系统调频/调压等优良特性.这里在VSG控制策略基础上,提出了一种新颖的电压源VSG并网实现方式,免去了传统VSG并网所需预同步(预同期)等环节,有效提高了新能源发电系统的并网友好性,简化了电压源VSG并网流程.系统仿真及原理样机运行实验结果充分表明了所提基于VSG算法的并网逆变器系统整体控制策略及并网实现方式的有效性和正确性.     

虚拟同步储能变换器的功率环双模式控制

根据虚拟同步储能变换器功率环主要参数的相互影响进行了小信号建模分析,为功率环参数设计和选取范围提供了参考。据此,针对虚拟储能变换器并网运行时存在的稳态功率偏差和功率限额问题,提出一种适用于并网工况的储能变换器虚拟同步机PQ模式控制策略,并在必要时将PQ模式与VSG下垂模式进行切换。虚拟同步发电机(VSG)的PQ模式并网除了能实现稳态时恒功率运行外,暂态过程中还具有一定的惯性和阻尼,并网状态下能够自同步,无需锁相环。仿真和实验结果表明,所提双模式控制策略稳定可靠且切换平滑。     

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。     

基于 VSG的无PLL光储并网预同步控制策略

针对光储虚拟同步发电机 (VirtualSynchronousGenerator,VSG)微网系统在含锁相环模块的传统预同步控制方式下,其离/并网过程中容易出现电压电流畸变,导致系统不能平滑切换等问题,提出了一种基于相角补偿的无锁相环 (PLL)的 VSG离/并网预同步控制策略,利用 VSG可自动生成相位参考的特性,对电网电压的相位和幅值进行同步追踪来抑制冲击电流,实现频率、电压调节.该预同步策略不但简化了并网预同步控制过程,还可避免因锁相环精度和响应速度的影响而引起的并网逆变器Ｇ电网交互系统的稳定性问题,并保证系统的离/并网平滑快速切换.最后仿真验证了该预同步策略的有效性。     

具有暂态阻尼特性的虚拟同步发电机控制策略及无缝切换方法

针对常规二阶虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制中存在的一次调频特性与传统阻尼特性相互影响的问题,提出了引入反映同步发电机阻尼绕组特性的暂态阻尼环节的解决方法,同时实现VSG对同步发电机暂态特性和稳态特性的模拟,建立了具有暂态阻尼特性的VSG控制的小信号动态模型,通过广义根轨迹法定性分析了VSG控制参数对系统稳定性的影响,并结合频域特性指标,利用主导极点法对控制参数进行定量设计。针对VSG并网过程中可能出现的电流冲击,提出了基于直接电压鉴相原理的预同步控制策略,实现无锁相环VSG控制在不同运行模式之间的无缝切换。最后,利用搭建的微电网仿真平台,验证了理论分析的正确性以及所提预同步方法的有效性。     

光伏虚拟同步发电机控制策略

为了提升新能源发电并网友好性,此处提出基于虚拟同步发电机(VSG)算法的光伏并网逆变器整体系统架构及控制策略,所提出的光伏VSG(PV-VSG)在兼顾最大功率点跟踪(MPPT)控制的同时,具备了自主参与电网调频/调压、惯量阻尼等一系列同步发电机外特性,有效提高了新能源光伏发电系统的并网友好性,促进新能源消纳。系统仿真及现场示范运行实验结果充分表明了所提出的基于VSG算法的光伏并网逆变器系统整体控制策略的有效性和正确性。     

虚拟同步发电机的并网功率控制及模式平滑切换

现有控制策略难以在电网频率发生波动时实现并网虚拟同步发电机(VSG)的恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调控制。针对此问题,提出一种VSG的PQ控制模式,使得并网状态下VSG能够实现稳态恒功率运行,同时在动态过程中可以为系统提供惯量支撑。对比分析VSG功率环模型与基于虚拟功率的锁相环模型,提出将功率环模型校正为有零点典型二阶系统,在保持同步机制的同时实现电网频率扰动下VSG的PQ控制模式。通过比例—积分(PI)环节与惯性环节的切换以及参数设计来实现恒定稳态有功功率控制与频率下垂控制之间的平滑切换;从输入和扰动响应这2方面对恒定有功功率控制与频率下垂控制模式进行对比分析。最后,对这2种模式的稳定运行与平滑切换进行了仿真和实验验证。结果表明:PQ控制模式的有功功率控制稳态性能明显优于频率下垂模式,动态性能则弱于频率下垂模式。     

大电网中虚拟同步发电机惯量支撑与一次调频功能定位辨析

随着可再生能源渗透率的不断提高,同步电网的惯量和一次调频的能力都在不断下降,而如果可再生能源发电采用虚拟同步发电机(VSG)技术,则可以在大功率缺额冲击下对减小系统频率变化率和频率偏差做出应有的贡献。针对VSG研究中惯量支撑与一次调频功能定位不清晰的现状,亟须明确VSG在大电网中应用时此两者的功能定位需求。文中深入分析了VSG的惯量支撑功能及其物理意义,推导了VSG的惯量支撑功率表达式,辨析了VSG惯量支撑功能与一次调频功能的定位区分,仿真分析了VSG在大型同步电网频率事故过程中采用不同控制功能对系统频率变化的作用。最后指出,在大型同步电网中,一次调频能力下降比系统惯量下降所带来的影响更为严重,因此较之于短时的惯量支撑功率,系统更需要VSG发挥一次调频功率的持续支援作用。     

基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

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。     

基于虚拟同步发电机的逆变电源控制策略研究

针对采用常规下垂控制方法的逆变电源存在稳定时电压和频率的偏移,不能完全满足电网运行要求的问题,采用了一种新的逆变电源控制方法即虚拟同步发电机(VSG)控制策略。建立了虚拟同步发电机的模型,参考同步发电机控制理论,重点设计了功频控制器和励磁控制器,搭建了以大容量汽轮发电机模拟电网的逆变器并网发电系统。通过Matlab/Simulink仿真验证了虚拟同步发电机中转动惯量的作用和虚拟同步发电机的并网调节特性,仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的逆变电源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。     

基于微分补偿环节虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略

针对常规基于一阶环节虚拟惯性的虚拟同步发电机(VSG)并网运行时输出功率控制动、稳态特性存在矛盾的问题,提出了基于微分补偿环节虚拟惯性的VSG控制策略,该控制策略在常规VSG控制结构前向通道加入微分补偿环节,从而在保证输出功率稳态控制精度的同时,加快了动态功率响应速度,增加了系统阻尼,有效减小了储能单元动态过程的功率冲击。仿真和实验验证了所提方案的有效性。     

虚拟同步发电机频率稳定性分析

在电力电子逆变器控制领域,通过仿真同步发电机的同步特性来实现的虚拟同步发电机(VSG)技术作为近年来提高电力系统稳定性的主要手段得到了充分的研究,在一定程度上解决了分布式能源(DG)并网系统缺少惯性的问题,提高了系统电网频率的稳定性。然而,当电网强度发生变化时,原有的VSG控制策略并不能维持系统频率稳定性。为了进一步提升VSG对频率稳定性的作用,在传统VSG控制策略的基础上,对电网强度变化时VSG系统的频率稳定性进行了分析,研究了影响电网强度变化的因素,并在此基础上提出,可以通过增大VSG中系统惯量的方法来提高电网强度变化时频率稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真工具,验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步机功率解耦控制策略

伴随着分布式能源渗透率的提高,电力系统中同步发电机的装机比例逐渐减小,电力系统的稳定性日益受到挑战,其稳定性分析方法与提高措施均亟待研究。虚拟同步机(VSG)能够在一定程度上为系统提供惯性和阻尼,被视为提高系统稳定性的重要措施。然而,VSG通常接入中低压配电网,不仅呈阻感特性的线路阻抗会造成功率耦合,而且功角过大也会造成功率解耦控制困难。文中分析了线路阻抗及功角所造成的功率耦合机理,并通过建立VSG并网时功率与频率的响应模型,发现有功功率的大幅度增加或电网频率下降都会造成功角变大、无功功率控制出现显著偏离的情况,为此提出了基于自适应虚拟阻抗的VSG功率解耦控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建VSG并网模型,验证了所提出解耦控制策略的正确性与有效性。     

具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题,对此,提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中,采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令,采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流,采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令,最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明,VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时,能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流,且适用于非理想电网条件。