面向机电暂态分析的光伏发电参与电网频率调节控制策略

为解决大规模光伏发电并网带来的系统调频能力不足的问题,提出面向机电暂态分析的单级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改逆变器的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。基于光伏发电不平衡有功功率激励-相位输出响应关系,分析控制增益系数、时间常数以及锁相环控制带宽对光伏发电的惯量特性的影响。仿真结果表明:逆变器可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;频率动态过程中,由于并网点电压矢量的动态作用而诱发的光伏发电增发功率取决于其虚拟惯量控制;虚拟惯量控制增益越大、时间常数越小或者锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

双级式光伏发电虚拟惯量控制策略

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组空间,导致惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。以双级式光伏发电为研究对象,在研究基于锁相环动态的常规虚拟惯量控制的同时,提出基于低压直流电容动态的虚拟惯量控制和基于高压直流电容动态的虚拟惯量控制,并分析控制参数对虚拟惯量控制的影响。研究结果表明:①对于常规虚拟惯量控制,锁相环控制带宽越小,频率跌落过程中光伏发电可提供支撑的功率越多;②对于低压直流电容动态的虚拟惯量控制,由于电压环中引入电网频率—低压侧直流电压(f-U_(PV))补偿环节,低压直流电压的改变不仅影响频率的暂态过程,还影响频率的稳态偏差;③对于高压直流电容动态的虚拟惯量控制,减小Boost变换器的电压环积分系数,减缓直流电压的动态过程,频率跌落过程中光伏发电可提供支撑的功率越多。     

多光伏发电参与电网频率调节的动态协调机理

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,致使电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。文中以多光伏发电单元并联系统为研究对象,通过改进各逆变器的控制策略,实现其虚拟惯量控制。基于光伏发电不平衡有功功率激励—相位输出响应关系,分析控制增益系数、时间常数以及锁相环控制带宽对其惯量特性的影响。同时,以两机并联系统为例,分析电网频率动态过程中各光伏发电单元的协调运行机制,揭示电网频率动态过程中不平衡功率的分配机理,并推广至多机并联系统。最后,基于时域仿真算例验证了理论分析的有效性、控制策略的可行性。     

基于改进下垂控制策略的有功备用式光伏系统

随着电网光伏渗透率逐渐提高,迫切需要光伏发电系统主动参与电网频率调节,然而目前光伏发电系统多以最大功率跟踪方式并网,不具备有功调频能力.针对上述问题,提出一种基于变步长功率跟踪的有功备用式光伏发电系统,利用变步长功率跟踪使系统运行在有功备用模式,当电网频率扰动时通过修正直流侧电容电压调节光伏阵列的有功输出来参与一次调频.网侧逆变器采用改进下垂控制策略,通过引入角频率的微分负反馈虚拟惯量控制和直流侧电容储能特性模拟转子惯量环节弥补故障初期一次调频出力不足的问题,减小频率的跌落深度.通过仿真分析验证了所提控制策略无论在故障初期的动态作用还是一次调频过程中都可以提供更多的功率支撑,可以一定程度上替代同步发电机调频效果.     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

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。     

电压控制型并网逆变器瞬时功率降阶控制方法

电压控制型并网逆变器由于其特有的优点,如便于孤岛运行、可脱离锁相环、有利于提高电网稳定性等,受到越来越广泛的关注。针对电压控制型并网逆变器瞬时功率控制需求,文中提出了时间常数与功率幅度可自由调节的有功惯量支持控制与下垂控制。所提算法采用前馈与零极点消除的方式,将原有二阶有功控制系统降阶为一阶系统,从而有效改善了功率控制的动态响应,且由于前馈的引入,有效提高了系统的控制自由度,使得功率调节时间与功率-频率调节幅度可独立设计。实验结果表明所提控制方法可以实现具有良好动态性能的惯量支持及下垂控制。     

二级式光伏并网发电系统的协调控制及惯量特性分析

针对二级式光伏发电系统低惯量的问题,根据光伏-Boost和逆变器两侧分别响应频率波动的特点,提出了一种适用于二级式光伏发电系统的惯量协调控制策略,通过建立系统的静止同步发电机SSG模型分析不同参数对系统惯量的影响。光伏侧采用下垂控制响应电网频率波动时,频率下跌的最低点或上升的最高点得到改善,且电网频率的稳态偏差变小;逆变器侧采用直流电压下垂响应电网频率波动时,电网频率变化率变小;协调控制时,合理利用了光伏侧及逆变器侧响应的优势,抑制频率波动的效果最佳。仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

双级式有功备用光伏虚拟同步机控制策略

大规模光伏并网发电导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题,迫切需要光伏系统主动参与电网频率调节。以双级式光伏拓扑结构为基础,提出有功备用跟踪的光伏虚拟同步机控制策略。DC\DC侧根据光伏单元运行的最大功率点确定系统的有功备用点,使系统运行在有功备用模式;当电网频率扰动时可调节光伏单元的有功输出来参与一次调频。逆变侧采用与同步机等效的下垂控制方案,将高压直流侧电容模拟为虚拟转子响应功率动态调节,并通过PI控制维持直流电容电压恒定。建立光伏有功调频的小信号模型,运用传递函数分析了直流电容参数对动态性能的影响。在辐照度突降、电网频率突变以及不同系统参数下进行仿真分析,证明了所提方案的有效性。     

基于虚拟同步电机的单级式光伏系统控制策略

为同时实现光伏系统的单级式接入以及光伏系统的惯性响应,提出了基于虚拟同步电机的单级式光伏系统控制策略。系统将光伏阵列以及蓄电池并联作为电源,通过DC/AC逆变器与交流负载和电网相连。电源侧通过粗调加微调的控制策略调整蓄电池侧双向DC/DC变流器的电压参考值实现单级式光伏系统的最大功率输出;离网运行时DC/AC逆变器一方面通过无功电压下垂控制直接调节逆变器输出电压。另一方面将有功频率下垂控制作为其调频器调节频率,并结合同步电机的转子运动方程,使逆变器模拟同步电机具有惯性的功能。在MATLAB/SIMULINK中建立了包含光伏阵列、蓄电池以及DC/DC和DC/AC变流器的单级式光伏系统并进行了时域仿真,仿真结果验证了所提控制能够有效改善频率的暂态响应,提高系统抗干扰能力。     

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。     

不对称电网故障下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制

级联型并网逆变器在大容量光伏并网中具有较好的应用前景,有利于解决光伏阵列间的光照不均匀造成的发电效率低的问题。研究了在不对称电网故障条件下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制策略。首先分析了在不对称电网故障条件下网侧电压的数学模型,总结出不同故障条件下三相网侧电压幅值与相位之间的规律。基于上述规律分析了不同故障条件下级联型光伏并网逆变器的控制方法,并提出了基于旁路原理的低电压穿越控制策略。最后建立了级联型光伏并网逆变器低电压穿越控制策略的仿真模型。通过算例仿真,验证了控制策略设计的正确性和有效性。     

电流型光伏并网逆变器的关键技术研究

由于光伏并网逆变器是太阳能光伏并网发电系统的核心部分,它分为电压型和电流型两种逆变器.针对目前使用最为广泛的电压型光伏并网逆变技术存在着众多的缺陷,本文介绍了一种基于电流源特性的电流型光伏并网逆变器.该装置利用了导抗变换器和采用直接电流双环控制与同步锁相环相结合的综合控制策略,实现了光伏系统电流型并网的目的.采用电流型...     

基于直流电压信号的光储系统协调控制策略

在以光伏系统、储能装置、并网逆变器、交直流负荷构成的光储系统基础上，分别对离网和并网两种运行方式的控制策略展开研究。考虑到光伏装置的随机性、储能装置的充放电属性和负载多变的现象提出直流侧电压分层控制方式。以直流电压幅值为依据，协调储能装置自适应下垂控制，同时网侧双向变流器采用虚拟同步发电技术，能较好地稳定直流侧电压，降低系统内部功率冲突，保证内部功率交换的稳定。最后通过MATLAB/Simulink在离/并网模式下，分别仿真验证系统协调控制策略的有效性。仿真结果表明:在离网模式下，与下垂控制进行对比，虚拟同步技术的引入使得系统具有较强的鲁棒性；协调控制策略保证了系统稳定并实现储能装置的有效利用。     

多功能并网变换器容量优化控制策略

随着"双高"电力系统的发展,并网环境呈现薄弱、复杂态势.电网阻抗的存在使得并网点容易受谐波干扰及无功功率波动的影响,恶化并网电能质量,影响并网变换器友好并网,仅以有功功率为传输目标的传统并网变换器已难以适应上述工况.基于现状提出一种具有谐波抑制功能的光伏逆变器控制策略.指令电流由谐波检测环节和直流侧稳压控制环节组成,根...     

小型永磁直驱风力发电并网变流器的控制方法

小型永磁直驱风力发电系统的并网部分由一个不控整流桥、两路并联Boost变换器和一个单相并网逆变器组成。分析了系统的并网电流控制方法：两路并联Boost变换器采用PI算法实现均流控制;并网逆变器采用无差拍控制实现电流的并网;分析了前后两级控制之间的关系。试制了3．5kW的并网发电逆变器样机,实验结果表明该方法具有良好的动...     

光伏并网系统故障二次谐波产生机理及其对变压器保护的影响

光伏发电系统通过逆变器矢量控制并网,其短路暂态特性异于传统电源。电网发生故障时,光伏系统输出电流中可能含有二次谐波,接入弱电网时二次谐波的影响不可忽略。以光伏并网发电系统对称故障条件为例,首先分析基于锁相环的三相并网逆变器单频率输入双频率输出的现象产生机理。其次在综合考虑并网控制及系统低电压穿越策略切换的影响基础上,分析故障暂态过程中电流二次谐波产生机理并推导二次谐波解析表达式。指出在变压器区内故障时光伏并网系统产生的二次谐波可能威胁变压器差动保护的可靠性。最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的正确性,为后续光伏发电系统接入后的电网继电保护适应性分析提供参考。