虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略

伴随着分布式能源渗透率的逐渐提高,电力系统中的转动惯量相对减小,严重影响到系统安全稳定运行。其中虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)因具备同步发电机的相关特性而备受关注。针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡,从而引起下垂特性的变化的情况,在对动静态功率耦合机理分析的基础上,提出基于虚拟稳态同步负阻抗的功率解耦策略,更好地消除了功率环间的耦合作用。通过建立基于所提出的VSG新型功率解耦策略的全局状态空间小信号模型,证明了该解耦策略的有效性。最后,搭建了基于解耦策略的VSG实验平台。通过实验结果验证了所提解耦策略的有效性,消除了功率环间的耦合作用,增强了VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。     

基于模糊控制的虚拟阻抗VSG功率解耦策略

虚拟同步发电机(VSG)技术模拟了同步发电机的运行机制,使分布式发电能够为电网提供惯性并提高系统稳定性。当VSG接入低压微电网时,由于线路阻抗的阻感比过大的影响,VSG的有功环和无功环之间不能视为近似解耦,VSG输出的有功功率和无功功率之间存在耦合。另外如果VSG的功角太大,也将增加功率的耦合程度,增加解耦的难度。文中分析了VSG功率耦合机理,发现功率耦合会引起VSG输出功率的动态震荡,使无功功率产生稳态误差等问题,在此基础上,提出了一种利用模糊控制对VSG功角进行估算的自适应虚拟阻抗解耦策略。最后,通过MATLAB/Simulink构建VSG并网模型,以验证VSG功率耦合的抑制。     

电力物联网环境下可实现VSG功率环鲁棒解耦的虚拟电感设计

智能配电是泛在电力物联网建设应用层的一个重要内容。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)是提高现行配电网间歇性能源与可变新型负荷接纳能力的一种智能配电装备。在弱电网应用场景下,VSG存在功率环耦合问题,且耦合程度与功角密切相关,会随着电网电压和频率而变化。为了在整个电网运行条件下准确实现功率支撑,需要实现VSG功率环的鲁棒解耦。虚拟电感法是主流的功率解耦方法。为此,文章提出了具有鲁棒解耦能力的虚拟电感设计方法,其可以确保VSG在电网电压和频率可变条件下始终满足解耦条件要求。首先,基于VSG的功率环小信号模型,推导出功率环之间的耦合系数解析表达式;然后,分析了耦合系数与电网电压和频率条件间的关系,提出了功率解耦设计准则,给出了虚拟电感详细设计过程;最后,通过10kVA原理样机对设计方法的正确性进行了Matlab仿真验证。     

基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并网运行时在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡问题,提出了一种基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略。首先,基于状态反馈理论,分析了所提控制方法的物理意义,即该策略是通过在常规VSG有功控制环中加入角频率和电磁功率的高频分量来增强系统暂态阻尼。然后,基于所提的控制方法,建立了系统的有功控制环闭环小信号模型,并通过对系统特征根的根轨迹进行分析揭示了所提控制方法对VSG有功功率振荡抑制的影响。并给出了各状态反馈参数的设计准则,指导了反馈系数的设计。所提控制策略能有效抑制有功指令突变和电网频率突变时VSG输出有功功率振荡,并且不会影响系统的稳态特性。最后,通过仿真和实验对比分析,表明所提控制方法具有更好的有功功率振荡抑制效果,并且能消除稳态偏差,且适用于不同电网强度。     

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。     

基于自适应无功功率补偿的虚拟同步机功率解耦策略

针对虚拟同步机(VSG)的输出功率在中低压线路传输过程中存在耦合而引起功率控制产生稳态误差的问题,在对功率耦合机理分析的基础上,提出一种基于自适应无功功率补偿的虚拟同步机功率解耦策略。文中重构了有功功率控制环路和无功功率控制环路,在用d、q轴电流表征VSG功角和内电动势的基础上,提出仅用d轴电流表征功率耦合问题,进而从抑制电流稳态变化的角度提出了基于自适应无功功率补偿的解耦策略。最后通过仿真和实验验证了所提解耦策略的有效性。     

考虑超调的虚拟同步发电机暂态功率振荡抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡和稳态偏差的问题。控制中增加暂态阻尼环节可以抑制振荡、避免稳态偏差,但存在较大超调问题。通过建立VSG在2种扰动下的有功闭环小信号模型,依据根轨迹分析振荡抑制效果,进一步结合零点分析超调,得到暂态阻尼策略下VSG超调的原因和特性,并提出2种基于有功暂态补偿的VSG功率振荡抑制策略：暂态前馈补偿和暂态反馈补偿。2种改进策略均可以提升系统的暂态阻尼,有效抑制VSG有功振荡,既不会增大稳态偏差,又能大大减小超调。通过MATLAB/Simulink仿真及StarSim硬件在环半实物实验验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析

虚拟同步发电机VSG（virtual synchronous generator）由于能够模拟同步发电机的运行特性而受到日益关注。通常而言,VSG通过下垂控制自动独立调节频率和电压,存在有功功率和无功功率易发生耦合振荡等问题,而虚拟稳态同步阻抗方案是一种能够通过调整逆变器输出阻抗特性从而抑制功率耦合振荡的有效方案。首先,介绍了基于虚拟稳态同步阻抗VSG控制策略的基本原理,分析了该方案下的VSG输出阻抗特性,发现该方案下的输出阻抗可由设定的虚拟稳态同步阻抗决定,与逆变器自身的滤波器和闭环控制器等参数无关;然后,通过建立逆变器小信号模型,得出了虚拟稳态同步阻抗可以增加VSG系统低频域特征根阻尼比,有效抑制功率耦合振荡的结论;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了基于虚拟稳态同步阻抗的VSG控制策略理论分析的正确性。     

并网储能逆变器的混合型VSG控制策略研究

针对并网储能逆变器的虚拟同步发电机(VSG)调频控制存在的储能电池过载问题,此处提出一种混合型VSG控制策略。首先,建立传统VSG及功率控制模型,对其输出功率稳态误差进行分析。其次,针对传统VSG控制对功率不完全可控的缺陷,引入跟踪型VSG控制策略,通过功率控制模型分析稳态误差。然后,将传统VSG控制与跟踪型VSG控制相结合,提出混合型VSG控制策略。最后,通过实验验证了所提混合型VSG控制策略的有效性。     

基于功率解耦控制的虚拟同步发电机功率振荡抑制策略

针对并网模式下虚拟同步发电机（VSG）因阻感性线路造成功率耦合加剧功率振荡的问题,提出一种基于功率解耦控制的虚拟同步发电机功率振荡抑制策略。首先分析了功率耦合及加剧振荡的机理,其次提出可抵消物理线路功率耦合特性的前馈功率解耦策略,该控制策略可独立调节有功和无功功率,减弱因其交互影响而加剧功率振荡的问题,摆脱了依赖“功率角为零”假设才实现的近似解耦方法。最后,搭建仿真模型验证所提控制策略的有效性及合理性。     

基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功振荡抑制策略

为解决传统储能虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)的并网有功由于其一次调频系数与虚拟阻尼系数相互耦合而存在稳态偏差与动态振荡难以兼顾的问题,提出一种基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功动态振荡抑制策略。该策略利用有功经一阶低通滤波器后前馈至并网有功闭环控制回路,通过调节前馈系数优化储能VSG并网有功的动态性能且无需进行微分运算,同时不影响储能VSG的一次调频特性。然后,建立基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功闭环的小信号模型,并给出前馈系数的整定方法。最后,利用仿真与实验测试对比结果共同验证了所述策略在有功指令与电网频率2种阶跃扰动下可有效消除储能VSG并网有功的稳态偏差及其动态振荡,且不存在频率过冲的风险。     

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。     

虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略

在逆变器中加入转动惯量和阻尼,实现虚拟同步发电机(VSG)控制,可在兼顾本地负载平滑切换的同时提高交流母线频率稳定性。VSG并联按其容量配比对负载进行合理分配,但阻抗不同会对并联造成稳态误差,同样会影响动态性能。提出一种基于虚拟阻抗的并联VSG控制方法,对励磁环节进行改进,实现对交流母线电压的控制,分析有功功率和无功功率运行特性;加入虚拟阻抗并得出阻抗匹配原则,分析虚拟阻抗在暂态过程中的效果。在MATLAB/Simulink中和实验台架上进行了两台VSG并联仿真和实验,结果表明,提出的控制策略可以抑制投切过程中的频率波动,提高VSG并联的稳定性。     

基于逆系统内模算法的双馈风力发电系统解耦控制

应用多变量非线性控制的逆系统方法,将双馈风力发电机这一多变量、非线性、强耦合系统精确解耦成有功和无功两个一阶线性子系统。对形成的伪线性系统,引入一种改进型内模控制结构,提高了控制系统的鲁棒稳定性和高阶无静差跟踪性能。仿真结果表明,提出的基于逆系统内模控制策略成功实现了有功、无功的解耦控制和最大风能追踪控制,系统具有更高的控制精度和稳定性。