基于虚拟同步发电机的船舶岸电电源控制策略

针对常规岸电电源不能向靠港船舶提供不间断式岸电,且不能接受船舶能量管理系统调度的问题,提出了一种基于虚拟同步发电机模型的岸电电源电力电子逆变器控制策略。通过模型中转动惯量J的引入,使得逆变器具有与柴油发电机相似的电气和机械特性;借鉴船舶电站调速器和励磁控制器基本原理,提出了能适应电力电子式岸电电源的数字功频控制器和励磁控制策略,使逆变器具有与柴油发电机相似的输出下垂特性。在Matlab/SIMULINK环境下搭建了该岸电电源的仿真模型,对其下垂特性和转动惯量对系统的影响进行了分析,最后通过低压小功率实验初步验证了该控制策略的可行性。     

具有鲁棒特性的虚拟同步发电机无功电压环节参数设计

虚拟同步发电机(VSG)是近年来并网逆变器控制策略研究中的热点,但关于其无功电压环节参数设计的研究目前并不多见。首先,以具有鲁棒特性的VSG为例,建立端电压设定值与其输出电压和无功功率之间的小信号模型。然后,利用增益对比分析实现无功电压环节和有功环节的解耦,得到了2阶形式的VSG无功电压环节数学模型,并借鉴IEEE和IEC推荐的同步发电机励磁系统参数设计依据,实现VSG无功电压环节参数的设计。最后,利用仿真和实验验证了所提方法的正确性与有效性。     

基于同步电机等效电路的分布式可再生能源发电虚拟同步机控制

针对大量光伏和风电等新能源接入电网,电压稳定性降低以及电网故障情况下的无功和电压问题,提出一种基于同步发电机等效电路模型的新型虚拟调相机控制策略。以夜间具有充足无功调节能力的光伏逆变器为目标,设计基于同步电机等效的分布式可再生能源发电虚拟同步机控制策略,通过对同步发电机建模及其次暂态效应分析,提出逆变器的虚拟调相机及无功控制方法,并在单机—输电线路—无穷大母线案例中验证。新能源大规模接入区域的逆变器被赋予分布式调相机的次暂态无功响应特性和惯性后,区域暂态无功支撑能力和暂态电压稳定性大大增强。     

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。     

虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法

虚拟同步发电机(VSG)技术作为一种分布式电源主动参与电网频率电压调整的新型控制方式,得到了越来越多的关注。通过对同步发电机外特性的模拟,使得微电源逆变器具有同步发电机相同的转动惯量、一次调频、无功调压等特性。提出简化的VSG虚拟惯量控制器,避免了锁相环(PLL)误差引起的频率指令波动对系统稳定性的影响,建立包含中间控制环节状态变量的VSG并联系统小信号模型,并针对主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响进行了分析,最后利用等效同步发电机原理,提出了虚拟同步发电机多机并联运行的虚拟惯量匹配方法,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

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VSG的储能系统并网逆变器建模与参数整定方法

从并网逆变器主电路和同步发电机等效电路的对应关系出发,提出模拟同步发电机转子的运动方程、有功-频率下垂特性与无功-电压下垂特性的虚拟同步发电机(VSG)外环控制策略。引入虚拟阻抗模拟同步发电机定子电气方程的电压环,和基于准比例谐振控制器的电流环共同构成应用于储能系统并网逆变器的VSG控制策略。建立应用于储能系统并网逆变器的VSG动态小信号模型,分析其参与电网需求响应的机理。推导得出VSG参与电网调压/调频需求响应的动态模型,为研究电网电压/频率波动时VSG无功/有功输出特性提供依据;进而在保证有功环、无功环的稳定性与调压/调频动态性能的条件下,总结得到VSG关键参数的整定方法。最后通过仿真与实验验证了所提VSG参与电网调压/调频动态模型的正确性与参数整定方法的有效性。     

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。     

与SG具有一致响应的VSG小信号建模和分析

提出一种新型的虚拟同步发电机(VSG)设计方法,构建虚拟的励磁控制器、调速器和电磁暂态模拟单元。分别对机端电压的d、q分量引入PI控制器,以达到VSG与同步发电机(SG)具有一致响应的目的。建立VSG单机无穷大系统小信号模型,求取并分析系统特征根及其参与因子。分析惯性时间常数、励磁参数对VSG小信号稳定性的影响规律,发现其与SG相关理论吻合。同时分析PI控制参数、线路参数对系统小信号稳定性的影响。利用MATLAB/Simulink仿真验证了上述方法的正确性。     

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。     

风电装备VSG等效功率平抑及频率补偿方法

借鉴传统电力系统中的同步发电机数学模型,提出一种大规模风电装备虚拟同步发电机(VSG)等效实现功率平抑及频率补偿方法。首先,设计了具有电力电子装置自身特性的虚拟调速器和虚拟励磁控制器,保证电网电流的低谐波畸变的同时,具有响应电网电压幅度、频率波动事件功能,可在一定程度上提高电网稳定性。同时模拟同步发电机的转动惯量,提高电网接口的惯性和阻尼特性,降低大规模风力发电系统对传统电网的冲击。最后,基于110 kW风力发电机组及锂电池储能单元对所提方法的可行性和有效性进行了验证与分析。     

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。     

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.     

合并有源滤波功能的虚拟同步发电机控制策略

提出一种虚拟同步发电机与有源滤波器相结合的并网逆变器统一控制策略。分析了虚拟同步发电机的指令电流与电网谐波电压的关系,论证了统一控制策略中提取电网基波电压用于虚拟同步发电机指令电流生成的必要性,并给出了基于多重二阶广义积分器结构的虚拟同步发电机指令电流生成算法。分析了虚拟同步发电机在多功能并网逆变器中应用引起的冲击电流问题并提出了改进方法。利用Matlab/Simulink对系统进行了仿真,验证了所提出改进控制策略的正确性。     

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。     

变频驱动系统电网接口虚拟同步发电机控制技术

网侧功率变换器是变频驱动系统接入配电网的重要接口,随着变频驱动系统渗透率的不断提高,网侧功率变换器对配电网中的影响越发突出。借鉴传统电力系统中的同步发电机数学模型,形成电网接口虚拟同步发电机控制方案,设计具有变频驱动系统自身特性的虚拟调速器和虚拟励磁控制器,保证电网电流的低谐波畸变的同时,满足负荷功率需求,并具有响应电网电压/频率异常事件功能,可在一定程度上提高电网的稳定性。同时模拟同步发电机的转动惯量,提高电网接口的惯性和阻尼,降低变频驱动系统对电网的影响,提升电网对大规模变频驱动系统接入的适应性。为实现电网接口的柔性起动,提出一种虚拟同步预并网控制方法,可实现电网接口柔性离/并网切换,消除起动冲击电流。仿真和实验结果表明了所提控制方案的有效性。     

基于虚拟同步发电机的离网型三相逆变器控制研究

针对传统三相逆变器控制,在借助虚拟同步发电机二阶暂态数学模型的基础上,利用电容电压和电容电流反馈,与虚拟同步发电机构成功率-电压-电流三环控制。其中,电容电压环采用比例积分控制,保证稳态无误差;并使控制系统具有下垂特性,以及同步发电机转子惯性的特性,提高频率的稳定性。在分析虚拟同步发电机原理的基础上,详细分析了电压电流双环控制参数的整定和等效输出阻抗的计算。利用小信号分析法,详细分析了转动惯量、有功系数和无功系数对系统稳定性的影响。最后由仿真结果表明所提策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制策略研究

本文研究了一种基于虚拟同步发电机算法的微网逆变器控制策略。根据同步发电机的本体数学模型、一次调频及无功电压调节特性,分别设计了虚拟同步发电机算法、虚拟原动机调节及励磁电流调节模块,同时通过电压电流双环控制,使逆变器输出的电压幅值和频率具有良好的下垂特性、可调的转动惯量及较好的跟踪性能,从而提高了系统的稳定性和可靠性。此外在并网系统中要求频率控制精度高及实时响应的情况下,本文还对虚拟原动机调节模块进行了改进,实现了频率的无误差控制,提高了频率控制的精度和响应速度。最后在matlab/simulink中进行了模型的搭建和仿真,逆变器输出电压很好的模拟了同步发电机的外特性,单相电压的畸变率仅为0.2%,引入改进原动机调节模块后,输出频率不随负荷的变化发生偏移。最终稳定在49.98Hz,验证了本文理论分析的正确性和可行性。     

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。