含多微型电源的微网小信号稳定性分析

研究了微网中采用 P-f和Q-V下垂控制的多个微型电源同时参与系统频率调节时的微网小信号频率稳定性问题。在考虑控制器单元、功率测量单元以及整个电路网络动态特性的基础上建立了微网的小信号状态空间模型。利用该模型求取了微网在不同稳态工作点的系统特征值,利用系统特征值分析方法和时域仿真方法分析了负荷阻抗变化、等效线路阻抗变化和下垂控制器的下垂增益变化过程中微网的小信号频率稳定性问题。     

基于灵敏度分析微网孤岛运行下的频率控制器研究

以微网孤岛运行时的稳定性分析为目标,将未来可再生电能的传输和管理网络作为研究对象,首先分别推导了固态变压器、网络线路以及负荷模型的状态空间方程,建立了相应环节的小信号模型,并引入了下垂控制器与电压电流双环控制器,建立了完整的微网小信号模型。其次对微网系统状态矩阵进行了特征值的关键性与一般性灵敏度分析,确定了影响系统稳定的环节和系统参数。通过分析结果得出电流环控制器参数对系统稳定性有影响,功率下垂控制器的下垂控制系数对系统稳定性有影响。对微网系统状态矩阵进行了特征值灵敏度分析,该分析方法对微电网系统频率控制器优化配置提供理论支持。     

直流微网中下垂控制稳定性及灵敏度分析

在直流微网的分层控制结构中,下垂控制作为初级控制的重要组成部分,主要用于实现各微源之间的自主功率分配。重点分析直流微网中下垂控制稳定性及灵敏度的影响因素。通过大信号平均模型导出系统动态调整下垂系数时系统平衡点的存在条件,借助小信号数学模型分析了系统下垂系数、线路参数等变化时系统的特征根轨迹。最后,通过灵敏度分析得出线路电感和恒功率负荷的变化对系统稳定性能影响较大。仿真结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致,为直流微网下垂控制设计提供理论依据。     

微网中分布式电源锁相环建模及其稳定性分析

多分布式电源的同步失稳对微网的稳定性有重要影响,由微网中各分布式电源的控制策略不尽相同而带来的多类型逆变器并联系统建模及其同步稳定性分析已经成为困扰微网广泛应用的重要问题,其中同步锁相环(phase locked loop,PLL)的失稳又是多分布式电源发生同步失稳的主要原因之一。因此,该文提出一种基于PLL的多逆变器并联系统稳定性分析策略。首先建立基于下垂控制器和PQ控制器的逆变器系统及其PLL小信号分析模型,其次利用信号流图和梅森增益定理得到多逆变器并联系统的PLL小信号分析模型,最后得到其传递函数。提出的小信号模型可以很好地鉴别多逆变器并网及孤岛情况下系统的同步稳定性。最后通过仿真验证所提出的基于PLL的多逆变器并联系统稳定性分析策略的可行性和有效性。     

小信号模型微网逆变器下垂控制单环与双环动态特性研究

下垂控制是当前微网逆变器的常见控制策略。分别建立了微网逆变器在电压单环下垂控制和电压电流双环下垂控制下的小信号模型。针对两种控制器结构分析了下垂参数和负荷阻抗变化对系统特征根分布的影响,为下垂参数的设计提供了理论依据。通过MATLAB/Simulink仿真,在负荷阻抗增加20%情况下分析逆变器输出功率的阶跃响应。计算结果表明,双环下垂控制的微网逆变器具有更好的稳定性和动态响应。     

考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。     

基于下垂控制结构微网小扰动稳定性分析

介绍了下垂控制原理和机组输出功率计算方法,针对取较大下垂系数难于保证微网功率分配外环稳定性问题,在有功下垂控制环节中增设前馈环节来改善微网小扰动稳定性。建立了微网小信号模型,系统分析了下垂系数、线路阻抗、滤波系数及前馈环节等对微网小扰动稳定性影响,验证了前馈环节能明显改善微网小扰动稳定性,从而功率分配外环可取较大下垂系数,有利于降低配电网频率和电压波动对机组输出功率的影响以及提高无功负荷分配精度。最后建立微网仿真实验,通过合理选取前馈系数来配置微网小信号模型主导共轭特征根。     

基于鲁棒下垂控制策略的微网平滑切换

针对传统下垂控制作用下微网的运行状态平滑切换问题,利用滑模控制算法设计新的鲁棒下垂控制策略,通过增加滑模补偿控制环节来提高传统下垂控制的鲁棒性。首先采用相角-电压设计下垂控制,然后根据下垂控制结构和有功功率动态方程,建立非线性状态空间方程,应用滑模控制算法设计非线性补偿控制器,将该控制器产生的补偿信号附加到电压环上,使得微网运行状态切换时的功率振荡减小,保证微网暂态运行稳定性。算例结果验证了所提策略的有效性。     

逆变型分布式电源模型的多时间尺度降阶分析及稳定一致性证明

微网中逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)包含频率控制、测量延时和电磁暂态等多个时间尺度,是一个复杂的非线性系统。该文以微网中基于下垂控制的IIDG为研究对象,建立包含功率下垂控制器、电压电流双环控制器以及滤波器和线路的IIDG完整模型。根据奇异摄动理论,对IIDG完整模型进行多时间尺度特征划分,并对模型进行忽略快动态降阶处理。通过IIDG小信号模型的特征提取,对IIDG模型降阶前后的静态稳定一致性进行证明。利用系统稳定域边界二次近似方法,对IIDG模型降阶前后的暂态稳定一致性进行证明。通过单机系统及三机微网示范工程系统的时域仿真结果证明所提的IIDG时间尺度划分方法和降阶方法的有效性,能为微网中IIDG动态特性分析提供降阶简化模型。     

含同步机微网中基于解耦下垂的自适应虚拟阻抗控制

在微网中,由于下垂控制逆变器的功率爬坡速度快于同步机,逆变器的带载能力受到限制;同时,低压传输环境导致传统下垂功率控制失败,危及系统稳定性。考虑低压微网阻感性传输线路,根据逆变器输出电流的越限情况与中央控制器的调度命令,该文在逆变器解耦下垂控制基础上构造了自适应虚拟阻抗,并据其变化强度调节功角进行协同控制,提高逆变器与同步机的功率均分程度与限流稳定性。最后,通过建立小信号模型分析虚拟阻抗大小对系统输出特性的影响。仿真和实验验证了提出控制策略的有效性。     

引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析

微电网一般采用下垂控制实现功率分配,但易产生受扰振荡。在下垂方程中引入功率微分项能够有效抑制振荡。建立了引入功率微分项前后的微电网系统的小信号模型,对比分析了控制参数与线路参数变化对系统小信号稳定性的影响,总结了控制参数的选择方法。并进一步地进行了灵敏度分析,研究对比了微电网中各逆变电源状态变量对系统低频模态的参与程度,以及线路参数变化对参与因子的改变。得出结论:线路长度或阻抗比增加为系统提供阻尼,且越靠近该线路的逆变电源获得的阻尼越大;且使用下垂控制时,系统特征根对各逆变电源的主导性更易改变。最后,通过不同工况下的仿真验证了建模、分析与结论的正确性。     

基于交流电流下垂特性控制的VSC建模和稳定性分析

在直流微电网中,下垂控制常被用来实现直流母线电压的稳定和电压源型换流器(VSC)功率的准确分配,已有的下垂控制特性大多基于直流变量,响应速度慢且结构复杂.为此提出了一种基于交流侧电流的Id-V下垂特性,其与单闭环控制VSC结合,系统结构简单、成本低、响应速度快,可以实现直流母线电压的快速稳定,并设计了自适应下垂系数以实现准确的功率分配.建立了传统I-V下垂控制系统和Id-V下垂控制系统的状态空间平均模型,并基于建立的模型绘制特征根轨迹分析系统的小信号稳定性.通过仿真验证了稳定性分析结果的正确性.仿真结果表明Id-V下垂控制系统能够实现准确的功率分配和直流母线电压的稳定,且响应速度相比传统I-V下垂控制系统更快.     

基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制

为了改善直流微电网的电压稳定性和动态性能,降低控制系统的复杂性,提出一种基于下垂曲线截距调整的直流微电网自适应虚拟惯性控制(AVIC)方法.在反正切函数中嵌套幂函数,根据电压和电压变化率的动态变化调整下垂曲线的截距,以控制换流器快速释放或吸收功率,从而为直流微网提供惯性支持.建立含AVIC的四端直流微电网小信号模型,并通过根轨迹分析揭示主要控制参数对系统稳定性的影响规律.最后,通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性.     

DFIG在微电网中的电压控制策略与小干扰电压稳定性分析研究

为增强微电网小干扰电压稳定性,针对含双馈感应风力发电机(DFIG)的风光柴微电网,DFIG无功控制采用V-Q下垂控制并引入积分逻辑环节,同时计算变风速情况下DFIG有功功率对应的无功功率极限,对V-Q下垂控制与积分环节进行限幅。通过小干扰分析法找出了一对反映微电网电压响应特性的典型特征值,分析DFIG无功下垂系数取不同值时对典型特征值分布轨迹的影响。为了解决无功下垂系数取较大和较小值时带来的问题,经过参数改进后既促进了DFIG参与微电网调压的效果,又使微电网拥有更好的小干扰电压稳定性。最后在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证了所提策略和方法对促进微电网调压以及提高微电网小干扰电压稳定性的有效性。     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。     

基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制

在直流微电网中,传统下垂控制存在功率均分和母线电压控制不能同时兼顾的矛盾。针对这一问题,研究了带阻性负载直流微网系统,提出基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制策略。该策略包括一次、二次和电流一致性控制。引入输出电容电压反馈构成一次控制,参考电压补偿和下垂系数修正构成二次控制。各分布式电源间仅相邻变换器交换电流信息,通过电流一致性迭代控制和一次、二次控制结合,在保障输出功率均分的同时,消除了直流母线电压偏差。为验证该策略的控制有效性,对系统进行小信号建模理论分析,分析控制参数变化对系统稳定性的影响,最后进行了仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该控制策略在微网结构改变时,也能保证系统稳定,自适应完成直流微网功率均分和母线电压控制目标。     

考虑参数空间潮流可行域的交直流混合微电网下垂系数选取

孤岛运行模式下,交直流混合微电网中的分布式电源逆变器的下垂系数会影响系统潮流可行域,而传统的下垂系数由逆变器的容量、频率和电压调节范围决定,并未充分考虑这一影响。针对上述问题,首先建立了考虑逆变器控制方式的交直流混合微电网潮流计算模型,基于此提出了参数空间下的潮流可行域快速计算方法,进一步分析了下垂系数对潮流可行域的影响,综合考虑负荷稳定裕度和小信号稳定因素求取下垂系数最优值。最后,针对改进的12节点的交直流混合微电网算例进行仿真计算,验证了所提方法的有效性与适用性,与传统方法相比系统电压稳定裕度显著提升。     

低压微网中基于单相电压独立控制的下垂控制

三相四线制低压微网中,由于接入大量单相负荷,常引起三相不平衡情况。而传统控制方法在三相不平衡情况下不能有效控制低压微网在孤岛运行时的电压和频率稳定。针对三相四线制低压微网特点,设计了单相电压独立控制的下垂控制方法。论文首先在考虑低压微网的阻抗特性主要呈阻性的情况下,采用了改进的下垂控制方法,并设计了单相电压独立控制,使控制系统能够运行在三相不平衡负荷下;然后设计两级控制对低压微网孤岛运行时的频率和电压进行控制,并对误差量进行修正;最后根据设计的控制策略进行系统仿真分析验证方法有效性。在PSCAD平台上通过对搭建的小型低压微网算例仿真,验证了基于改进下垂控制的单相独立控制方法的有效性以及能够实现低压微网孤岛运行时电压频率稳定的要求,所设计的方法能够达到在三相不平衡情况下的控制目标。     

基于下垂控制的逆变器参数对微电网稳定性的影响研究

微电网对新能源具有较强的接纳能力。作为最能体现分布式电源“即插即用”特性控制技术,下垂控制也是实现孤岛模式下微电网电源间协调运行的热点技术。然而,当前该领域的研究大多集中在网络拓扑层面,对逆变器内在控制结构的研究并不深入。文章首先着眼于微电网下垂控制策略中逆变器个体的控制稳定性,在深入研究内在控制结构的基础上,建立了个体逆变器控制的全结构小信号传递函数模型;其次结合案例,从理论角度定量分析了控制器参数（下垂系数与电压环系数）的变化对系统稳定性的影响,并结合根轨迹法确定控制参数的选择范围,为逆变器的选择提供参考;最后利用时域仿真验证模型的实效性与分析方法的实用性,并证明结果能满足微电网稳定运行与动态特性要求。