基于线性化模型的虚拟同步发电机惯性和阻尼辨识

针对并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制,提出了一种VSG实际输出惯性和阻尼的辨识方法,以定量量化VSG参与电网调节能力的强弱。基于VSG的二阶非线性模型,及其在工作点附近的小信号摄动处理,建立了VSG的线性化传递函数模型,给出了其离散化模型及其与VSG惯性和阻尼参数之间的关系,分析了线性化模型的误差大小和适用范围。利用VSG的输出功率阶跃扰动,激励出VSG的功率振荡模态信息,并利用最小二乘估计的方法,辨识出VSG实际输出的惯性和阻尼参数。最后,针对并网逆变器的常规控制方法和VSG控制方法,利用仿真分析和实验结果,验证了所提模型和方法的可行性和有效性。     

并网逆变器虚拟惯性与阻尼的等效及辨识

针对并网逆变器的下垂控制策略与虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略,建立统一的线性化传递函数模型,并提出一种虚拟惯性和阻尼的等效及辨识方法,论证使用等效惯性常数与等效阻尼系数量化并网逆变器参与电网调节能力的合理性。使用等效惯性常数和等效阻尼系数代替中间变量,建立能够统一下垂控制策略与VSG控制策略的线性化传递函数模型。根据所建立的模型,将模型辨识问题简化为参数辨识问题。通过给予并网逆变器输出功率阶跃扰动激励出的功率振荡模态信息,建立系统实际输出与模型输出的时域关系,将参数辨识问题转化为参数优化问题。利用智能优化算法辨识出并网逆变器的等效惯性常数与等效阻尼系数。该辨识方法能够避免模型差分化所带来的误差,精度高,物理意义明确。最后进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性与辨识方法的有效性。     

基于双自适应参数混合微网虚拟同步机控制策略∗

交直流混合微网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制,常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节,对此提出一种基于交、直流微网功率传输原则的虚拟同步机控制(Virtual Synchronous Generation,VSG)策略,建立其小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对控制系统稳定性能的影响.针对传统VSG无法抑制交直流微网功率交换过程中的功率振荡,提出一种采用双自适应虚拟参数的VSG控制策略用于交直流混合微网AC/DC接口变换器控制系统,并通过小信号模型分析法确定额定虚拟参数取值范围.最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提方案可有效提高混合微网AC/DC接口变换器控制系统性能.     

基于混合储能的孤岛微网VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)控制策略中改变惯性系数会引起系统不稳定的问题,提出基于混合储能无需改变惯性系数的控制策略。首先,在常规VSG控制策略基础上,将负荷或可再生能源波动量经一阶高通滤波器滤波后作为常规VSG额定功率的附加量。其次,利用VSG直流端接入的蓄电池提供下垂功率,超级电容器提供虚拟惯性功率和额外引入的惯性功率,改善微网的频率动态特性。然后,引入与超级电容器荷电状态和额外惯性功率相关的出力系数,实现超级电容器的自适应控制,在惯性强化过程中优化超级电容器荷电状态。最后在Matlab/Simulink中搭建了以VSG为逆变器控制接口的孤岛微网,通过在不同负荷、光照强度和超级电容器荷电状态下进行仿真,验证了所提策略的有效性。     

基于补偿二乘法的VSG惯性辨识问题及解决方法

虚拟同步发电机(VSG)的惯性是微网逆变器的重要参数,现有文献在对VSG惯性参数辨识过程中,为避免算法在递推过程中不收敛,需对输出数据进行滤波预处理。然而实验发现,输出滤波器截止频率会影响递推算法的最终辨识结果。针对上述问题,文章首先分析了滤波方式影响辨识结果的机理,然后提出对输入和输出数据等效滤波之后再进行递推运算的辨识策略,最后通过实验和仿真验证了理论分析的正确性及所提方法的有效性。     

虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置

为了更好地将可再生能源接入配电网,针对并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制技术进行了研究。详细分析了VSG的数学模型和控制策略,在不同惯性和阻尼参数条件下,分过阻尼、欠阻尼和临界阻尼3种情况,提出了VSG附加储能单元优化配置的功率、能量和动态响应时间三大指标参数。结果表明:为了模拟同步发电机的惯性和阻尼,VSG需配置一定量的储能单元,其最小功率需求为所需要平抑的可再生能源波动功率的幅值,而其最小能量需求和动态响应时间均为与VSG惯性和阻尼参数相关的简洁表达式。最后,利用一台50kVA的VSG样机,验证了所提模型和控制策略的正确性和有效性。     

孤岛微网中VSG并联运行功率精确分配控制策略

孤岛微网中,使用VSG控制策略控制逆变器,可以有效增加系统惯性与阻尼,提高孤岛微网系统稳定性。多VSG并联运行时不能按下垂系数精确分配无功功率。针对此问题,本文提出了一种基于分布式二次控制器的电压补偿策略。通过分布式二次控制器获取各VSG无功功率值,根据所需无功功率大小,自适应调整VSG定子电抗值,间接控制逆变器无功出力实际值,达到无功功率精确分配的目标。此控制策略不需要线路阻抗信息,在网络通讯故障的情况下仍具有较强鲁棒性,且在实际应用中可降低对通信网络带宽需求。同时给出了并联运行VSG参数匹配方法。最后在Matlab/Simulink中搭建了三台VSG并联仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

改进型并网逆变器下垂控制策略研究

微电网中传统的下垂控制方法能够实现多电压型逆变器的并联,但难以实现功率的精确分配。文中提出一种基于递推最小二乘法的改进下垂控制方法:首先利用单向低速通信线获取交流母线电压参数后,在本地采用在线递推最小二乘法获得准确线路参数;然后在引入的功率等效阻抗概念基础上,考虑线路参数及本地负荷对多逆变器功率分配的影响,求出准确补偿功率传输参数不匹配情况的虚拟阻抗值,最终可实现多逆变器功率精确分配。MATLAB仿真结果表明:该策略可及时响应本地负荷变动,功率分配效果及动态性能均优于传统下垂控制。     

基于频率偏差积分补偿的VSG控制策略

在多微源组网的独立微网中,采用传统的虚拟同步发电机(VSG)控制可在一定程度上改善系统的惯性和频率特性,为进一步优化频率和功率的暂态响应特性,提出一种基于频率偏差积分补偿的VSG控制策略。该控制策略将频率的变化量经积分后补偿到一阶虚拟惯性环节的前向通道上,以减小因负载扰动对系统产生的功率冲击,从而抑制功率和频率振荡,保证了输出功率稳态控制精度,加快了动态功率和频率的响应速度并防止其振幅变化过快。同时,在有功频率控制环节中保留一次调频系数,使得系统的稳态调频特性得以保留。在此还通过建立组网逆变器的小信号模型进一步探讨了不同的虚拟惯量和阻尼系数对系统暂态响应的影响,并提供了虚拟惯量和阻尼系数的设定方案和整定方法。最后,利用Matlab/Simulink和dSPACE平台验证了所提控制策略的有效性。结果表明,基于频率偏差积分补偿的VSG控制策略,在改善系统暂态响应特性方面比传统的VSG具有更好的效果。     

独立微网中多虚拟同步机功率精确分配控制策略

独立微网中,逆变器采用虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制模拟同步发电机运行机制,为微网提供惯性和阻尼,改善系统电压频率稳定性。但传统VSG并联系统不具备无功出力合理分配以及直流抑制的能力。首先,从VSG基本原理入手,分析了VSG功率均分机理。其次,为构造积分器,从电压补偿角度提出了一种改进的无功控制方法,实现了无功分配与线路阻抗解耦。在直流抑制方面,利用准谐振控制器重新设计了底层双环控制。同时研究了参数匹配方法,保证VSG功率均分。最后通过Matlab仿真验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于自适应惯量阻尼综合控制算法的虚拟同步发电机控制策略

在逆变控制领域,虚拟同步发电机(VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑电网频率,然而现有VSG控制手段往往忽略了阻尼的作用。为进一步提升VSG对频率稳定性的贡献,在传统VSG控制策略的基础上,结合力学原理证实了VSG虚拟惯量可进行实时变化的可行性,分析了同步发电机转子惯量和阻尼系数与系统频率稳定性的关系,并设计了一种自适应惯量阻尼综合控制(SA-RIDC)算法,实现了虚拟转动惯量与虚拟阻尼的交错控制。通过MATLAB/Simulink仿真工具,将所提出的SA-RIDC算法与传统固定惯量阻尼控制和自适应惯量控制进行对比,结果表明SA-RIDC算法在改善系统频率稳定性方面有着显著的效果。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法

近年来,微电网作为一种可再生能源接入电网的有效载体,已受到越来越多的关注。微电网中的分布式电源大多需要通过逆变器实现并网和输出电能,然而传统的逆变器控制算法只考虑快速响应,并没有类似同步发电机的惯性特征,因而对电网冲击较大。针对该问题,在总结了虚拟同步发电机(VSG)支撑微电网稳定运行控制策略的基础上,结合同步发电机的功角曲线和转子惯量的物理意义,提出了一种自适应虚拟转子惯量的VSG控制算法,并通过对分布式电源小信号模型的分析,确定了自适应惯量系数的选取原则。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真工具,分别在并网和离网运行模式下验证了所提算法的有效性。     

虚拟同步机惯量及阻尼系数协调优化方法

为了提升虚拟同步机(virtual synchronous generator,?VSG)在各种扰动下的动态响应,提出了一种虚拟惯量及阻尼系数的参数协调优化方法。推导了VSG有功指令与输出电磁功率之间的二阶传递函数,定量分析了VSG动态响应特性与虚拟惯量及阻尼系数的关系。在扰动的初期调整两参数使VSG呈欠阻尼状态实现加快调节,在扰动后期则使VSG呈过阻尼状态来减小超调,兼顾功率调节速度和频率稳定性,降低储能充放电深度。最后,基于Matlab-Simulink仿真软件开展了VSG出力扰动和电网故障扰动下的仿真,对比参数优化前后的动态响应。结果验证了所提优化方法的优越性及稳定性,可以有效提升VSG的动态响应能力,延长VSG储能寿命。     

面向多运行模式的并网逆变器改进控制策略

为了改善新能源并网逆变器的性能并同时满足多运行模式(并网模式和孤岛模式)调节需求,设计了双重自适应系数,并基于下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制提出了新颖的改进控制策略。该控制策略可灵活地调节惯量和阻尼以满足不同运行模式的需求。设计的双重自适应系数包括自适应协调系数和自适应惯量系数,前者可提高系统动态特性并增强适用性,后者可进一步改善功率超调和振荡问题以完全消除功率超调。所提出的改进控制策略的功率响应无超调和振荡,能够提供接近于VSG控制的惯量和阻尼特性且具有更快的响应速度,可同时满足并网模式下的功率调节需求和孤岛模式下的频率调节需求,具有更大的适用性和更优异的动态特性。最后,通过硬件在环实验验证了所提出的改进控制策略的有效性和可行性。     

并网模式下虚拟同步发电机的虚拟惯量控制策略

并网模式下,当电网频率出现偏差或者调度指令变化时,虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）输出有功功率都会发生波动,然而现有的VSG分析以及控制方式只能应对调度指令变化下的有功功率波动:电网频率发生偏差时,现有的控制策略可能会使VSG输出有功功率出现较大波动。针对上述问题,首先分析了电网频率偏差下,VSG参数对VSG动态特性的影响以及调度指令变化下,功角振荡和虚拟惯量之间的关系。在此基础上,提出一种虚拟惯量控制策略:在调度指令变化时,采用虚拟惯量自适应控制,并给出参数选取原则;在电网频率发生偏差时,采用基于信息熵的虚拟惯量寻优值。最后通过Matlab/Simulink仿真,验证了所提虚拟惯量控制策略在有功调度和电网频率偏差下的优越动态特性。     

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。