基于虚拟轴耦合的虚拟同步发电机混合储能惯量-阻尼协调控制策略

将虚拟同步运行的混合储能装置与同步发电机通过虚拟轴耦合,可实现暂态能量的高效传递,提高可再生能源发电系统的暂态稳定性。建立了混合储能装置静态能量与同步发电机动能之间的转换关系。对混合储能装置中的虚拟惯量进行分析,以获得同步运行能力。为了从同步发电机中传递更多的暂态能量,在混合储能装置中引入新的虚拟轴,并分析混合储能装置与虚拟轴耦合对系统暂态稳定性的影响。利用哈密顿能量函数,推导混合储能装置暂态能量高效传递的必要条件,进而提出了混合储能装置虚拟轴的控制策略,以协调虚拟惯量和功率振荡抑制功能。算例仿真结果表明,所提控制策略能明显改善系统频率和功角的暂态稳定性。     

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...     

基于混合储能的变惯量虚拟同步耦合控制技术

若混合储能设备的静止能量拓展为旋转惯量的能量来源,则灵活可控的虚拟同步耦合运行方式,会使电力电子化电力系统的暂态稳定更具可控性.为提高新能源高渗透系统的暂态稳定性,首先建立电池储能、电容储能与同步发电机旋转机械动能间的能量转化关系,使静止混合储能设备具有与系统同步耦合运行的能力.其次,分析由混合储能引入的虚拟惯量对频率稳定和阻尼特性的影响机理,并提出基于混合储能的变惯量虚拟同步耦合控制技术,使静止储能设备在更加灵活的同步耦合运行方式下,转移同步发电机承受的暂态能量,减小系统内旋转机械的频率及功角振荡.最后,利用MATLAB/Simulink搭建含光伏、混合储能高渗透的仿真系统.结果 表明,在所提控制策略下,含静止能量的储能设备可显著改善系统的暂态稳定性.     

基于功率耦合的双馈风机并网系统同步控制技术

双馈风机处于虚拟同步运行时与同步发电机的功率耦合关系是合理设计控制参数、降低附加运行风险的关键。建立双馈风机并网系统的动态模型,分析处于虚拟同步运行时的双馈风机与同步发电机之间的功率耦合关系。分析风机同步并网耦合关系及控制参数对稳定性的影响,并引入耦合系数。基于此,提出基于功率耦合的双馈风机同步并网优化控制策略,通过动态调整风机虚拟惯量使双馈风机同步并网系统处于稳定运行区域,从而降低运行风险。最后,通过搭建双馈风机同步并网仿真系统验证了风电机组能够根据系统运行状态的动态变化提供虚拟惯量响应,从而为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

基于惯量支撑和一次调频需求的VSG储能单元配置方法

分布式电源大量接入电网会引发电网惯量、阻尼缺失和系统稳定性下降问题,虚拟同步发电机(VSG)在分布式电源友好接入和提高电力系统稳定性等方面极具应用前景。作为虚拟惯量的物理基础,储能单元的配置直接影响着VSG的性能和成本。文中基于VSG的惯量支撑、一次调频两大基本功能,建立了响应电网频率波动的储能单元出力模型,提出了一种以元件参数和控制参数为基础的储能单元配置方法。然后,计及下垂系数、阻尼系数和惯性常数,研究了储能单元出力的暂态特性及其调节机制,并分析了储能单元功率、容量需求受控制参数影响的机理,明确了影响程度最大的控制参数。最后,借助仿真和实验证明了所提方法的正确性。     

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。     

一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题,以有效支撑系统频率。VSG控制的惯量设定与储能单元的配置密切相关,首先建立基于储能荷电状态(state of charge,SOC)约束的VSG控制模型,给出计及储能容量和SOC约束的惯量范围,然后充分利用VSG惯量和阻尼系数灵活可调的优势,结合模糊理论提出一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制策略,将惯量的范围作为模糊自适应环节的输出论域,使惯量和阻尼参数在合理范围内根据要求实时地进行调整来应对功率变化、负荷扰动以及频率偏移。最后通过Matlab/Simulink仿真对比不同VSG策略的控制效果,验证了所提策略的可行性和有效性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

弱电网下基于谐波状态空间模型的光储-虚拟同步发电机稳定性分析与优化控制研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术因提供阻尼和惯量而被广泛用于新能源并网逆变器。光储并入弱电网易发生频率耦合等问题,因而VSG并网稳定性分析变得更加复杂。针对光储并入弱电网系统,考虑频率耦合,在dq域中建立基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)理论的多时间尺度虚拟同步发电机模型。采用归一化参数灵敏度分析法,揭示功率环、电压环和低通滤波中虚拟惯量J、虚拟阻尼Dp、下垂系数Ku、比例系数kpu和截止频率ωc等关键控制参数根轨迹的特性和电网强度对系统稳定性的影响。并通过调整优化控制参数,提高系统稳定性。最后在Matlab/Simulink仿真平台验证谐波状态空间模型精确度和关键参数根轨迹特性。     

虚拟同步发电机技术及其在光储微电网中的应用

为了提高变电站站用电系统的供电可靠性,针对基于虚拟同步发电机技术的储能逆变器及其在光储微电网中的应用进行研究。介绍微网系统的拓扑结构和不同工作模式,设计微网各个子系统的参数,建立基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的储能逆变器数学模型,分析VSG并网和孤岛两种控制模式及其之间的切换。针对500k V河沥变电站光储微网系统,利用其中100k VA储能逆变器进行实验,验证VSG控制策略的可行性与有效性。     

基于有功微分补偿与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略

针对传统光储虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)存在并网有功稳态偏差与系统动态振荡难以兼顾的问题,提出一种基于有功微分补偿(active power differential compensation, APDC)与虚拟惯量自适应的光储VSG控制策略。首先,建立了基于APDC算法的光储VSG并网有功闭环小信号模型,并通过极点分布图与伯德图的分析,讨论了APDC算法对系统暂态振荡与有功稳态偏差的抑制效果,给出了相关系数的整定方法。然后,为改善频率响应并避免有功超调量的增加,设计了一种基于APDC算法的改进型虚拟惯量自适应策略,同时给出其参数的取值范围。最后,实验结果表明,所提策略能消除VSG并网有功的动态振荡与稳态偏差,具有更小的频率偏差与频率变化率。     

VSG虚拟惯量动态区间控制策略

随着高渗透率光伏发电系统接入大电网,光伏逆变器因为缺乏转动惯量支撑严重威胁了系统稳定性。根据传统发电机模型,建立了光储结合形式的虚拟同步发机电（virtual synchronous generator,VSG）等效模型。根据功率守恒原则,在光伏输出功率波动或者负载波动时,因储能环节的存在以及功率的可控性,蓄电池可以提供类似于同步发电机的转子暂态功率。由于蓄电池不同于转子通过转动储存能量的特性,在不同蓄电池荷电状态（state of charge,SOC）下,蓄电池可以提供不同的惯性支持,同时需要最小转动惯量来保证系统频率的稳定性。文章提出了根据蓄电池SOC变化和以频率改善为目的的改进VSG优化控制方案,最后通过MATLAB/simulink仿真,验证了其理论分析的有效性。     

考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略

在传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制的光储系统中,电池通过频繁充放电处理波动的光伏功率,易出现早衰问题。为优化电池运行,提出一种考虑功率最大输出与储能协调的光储VSG控制策略。首先,建立输出频率与直流侧电容电压偏差的比例关系,实现光伏功率的最大输出与VSG的惯性支撑。其次,利用下垂特性控制电池功率输出,在实现系统一次调频功能的基础上提升电池能量管理的灵活度。然后,设计一种稳定直流侧电压的分段控制方案,确保系统正常工作时直流侧电压在合理范围之内。最后,通过仿真实验验证所提方法不仅保留了VSG的惯性支撑和一次调频功能,还实现了光伏功率的最大输出,减少了对电池的依赖。     

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。     

考虑SOC差异的多VSG单元协同控制策略

为更好实现多个基于虚拟同步发电机控制的发电单元在为系统提供惯性支撑时的协同运行，提出了一种对各VSG单元中阻尼系数和虚拟惯量进行灵活调节的控制策略。首先，对各VSG单元中的阻尼系数进行灵活调节，使其随着系统的频率偏移值动态改变，稳定调频过程。其次，根据储能荷电状态对各单元中的虚拟惯量进行“集中调整，协同分配”,通过监测各储能装置的荷电状态差异，并结合其充放电状态实现各单元之间虚拟惯量的合理分配，有效减小了各储能装置的荷电状态差异，维持了各VSG单元的安全运行。最后，在RT-LAB实时仿真系统中搭建了含多VSG单元的交流系统，对所提策略的有效性进行了验证。     

基于储能型准Z源逆变器的VSG并网控制策略的研究

随着光伏发电装机容量的增加,以传统控制策略并网的分布式光伏电源会大幅度降低电网惯性,使电网稳定性减弱。针对该问题,结合准Z源逆变器的优点,在准Z源网络中引入储能单元,提出基于储能型准Z源逆变器的虚拟同步发电机(VSG)并网控制策略。分析了储能型准Z源的工作模态。采用VSG技术控制系统输出功率,调节直通占空比使光伏功率钳位在最大功率点,蓄电池自动弥补功率缺额。讨论考虑VSG暂态响应时蓄电池的配置问题,并推导直通占空比与VSG转动惯量和阻尼系数的关系,为储能型准Z源逆变器在VSG控制参数设计方面提供参考标准。最后仿真和实验验证了所提策略的有效性。     

计及储能动态的VSG惯量阻尼自适应控制研究

随着风力发电、光伏发电等新能源发电渗透率增加,电力系统的等效惯量和等效阻尼逐渐减小,其稳定性问题变得越来越严峻。虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术的提出能有效地解决这一问题。然而,传统的VSG并网逆变器采用恒惯量和阻尼控制,在系统受到扰动时,其鲁棒性较差。因此,为增强系统的鲁棒性,优化其频率响应曲线,本文提出了一种计及储能装置动态特性的并网VSG惯量阻尼自适应控制策略。首先,阐述了VSG的基本工作原理,然后通过建立其数学模型分析不同旋转惯量和阻尼系数对系统输出特性的影响。在此基础上,结合同步发电机（synchronous generator, SG）功角特性曲线和频率振荡曲线设计出旋转惯量和阻尼系数的自适应控制策略,该控制策略通过引入惯性环节以较好地匹配储能装置的动态特性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件对比分析了所提控制策略和传统的VSG恒惯量和阻尼控制,结果验证了所提控制策略的正确性。     

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。     

可控惯量光储互联系统的稳定性分析与区域协同控制

利用混合储能装置扩展惯量来源能够有效改善光储互联系统的频率稳定,但多机惯量调整将影响系统的暂态稳定。为解决可控惯量带来的系统暂态稳定问题,首先推导了光储互联系统的等值数学模型,分析两区域虚拟惯量对系统功角首摆的影响。其次,通过建立互联系统的小信号模型,观察系统特征根随两区域惯量系数的变化,分析了可控惯量对系统阻尼特性的影响,并提出一种基于光储互联系统的区域协同控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink对高光伏渗透率互联系统进行仿真分析。结果表明:所提控制策略不仅能够抑制系统频率突变,改善系统频率稳定,还能兼顾系统的阻尼与功角稳定,体现出更加友好的并网特性。     

基于VSG技术的风——光—储系统自适应调频控制策略研究

“双碳”目标的实施和新型电力系统的建设极大推动了可再生能源并网发电进程,电力系统的结构也因此发生巨大改变。由于可再生电源无法参与电网的惯性和阻尼调节过程,并网后极易造成电网频率失调、负载功率失稳现象。因此,文中提出一种基于虚拟同步机（virtual synchronous generator,VSG）技术的风—光—储系统自适应调频控制策略。首先,在风—光—储VSG系统结构基础上建立数学模型,并分析VSG技术调频特性;然后,综合考虑风电、光伏发电曲线,依托储能系统数学模型提出基于模糊控制的虚拟阻尼和虚拟惯量的自适应调频控制策略;最终,基于风—光—储微电网模型开展仿真验证,分析可知,采用文中控制策略可在大幅降低风、光电源侧及负荷侧波动所引起的频率波动过程基础上缩短响应时间,并提高电网输出功率稳定性。