基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制

虚拟同步发电机(VSG)能够实现新能源机组友好并网。然而,传统的VSG技术主要适用于电网电压平衡工况,这使得VSG在电压不平衡情况下面临输出电流不平衡及过流等问题,为此提出一种基于动态电压补偿的VSG平衡电流控制架构及方法。通过负序电流抑制和峰值电流抑制策略,分别生成对应的补偿电压,使得VSG在电压不平衡时仍能输出平衡电流,且可抑制电网电压跌落瞬间的暂态冲击,以及确保稳态运行时的电流不超过安全阈值。同时,所提控制方法并未改变VSG等效为电压源的属性,保留了VSG的电压支撑能力。不同工况下的仿真测试结果验证了所提出控制方法的正确性和有效性。     

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下VSG平衡电流控制策略

在不平衡电网电压条件下,虚拟同步发电机(VSG)控制面临并网电流不平衡和过流等问题,为此提出一种基于负序电压补偿和峰值电流抑制的VSG平衡电流控制策略.以负序电流为控制变量,通过准比例谐振(QPR)控制器产生负序电压,抑制不平衡电流中的负序分量,达到平衡电流的控制目标.针对电网电压跌落瞬间峰值电流过流问题,通过计算并网电流值与设定值的偏差,并经进一步运算得到动态电压给定,以抑制过大的峰值电流,保证最大峰值电流不超过安全阈值.实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

电网不平衡工况虚拟同步发电机优化控制

虚拟同步发电机(VSG)以模拟机转子运动方程和调频/调压特性为控制内核,可在并/离网工况下实现单模式运行控制,在主动配电网和微电网领域应用前景良好.然而,当电网不平衡时,VSG需要同时兼顾对并网负序电流的抑制及离网独立运行的系统稳定性.在此分析了电网不平衡工况下,传统电压源VSG常规控制策略的局限性和系统离网独立运行时的不稳定机理,提出一种基于谐振滤波的VSG负序电流优化控制,实现了VSG在电网不平衡条件下的入网电流平衡输出.所提控制策略的有效性和可行性获得了仿真和实验验证.     

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。     

基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略

在电网电压不平衡条件下基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的逆变器输出三相电流不平衡并且电流幅值过大。针对此问题,提出一种基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略。利用VSG电流内环的控制框图推导出前馈控制器的传递函数,再将电网电压经前馈控制器前馈至电流内环,减轻故障电压对电流波形的干扰,降低电流畸变率。将瞬时有功、无功功率的平均值反馈到VSG算法得到抑制负序电流的电压参考指令,在电网电压故障期间使并网电流依然保持三相平衡而且幅值稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真证明了所提控制策略的有效性。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

电网电压不平衡下的改进虚拟同步机控制方法

首先介绍了虚拟同步机(VSG)的基本原理,并对三相逆变器在电网电压不平衡下的数学模型进行分析,得出了VSG在电网电压不平衡下需要改进的问题。然后采用在正、负序同步旋转d,q坐标系下对正、负序分量独立控制的方法,使VSG在电网电压不平衡下分别实现抑制有功振荡、抑制无功振荡和三相输出电流均衡。最后,搭建了采用dSPACE控制的实验平台对所提方法的有效性进行了验证。     

基于狼群算法的虚拟同步发电机并网逆变器不平衡电网下多目标优化控制研究

针对电网电压不平衡情况下虚拟同步发电机(VSG)并网逆变器并网输出电流不平衡、有功功率及无功功率波动的问题，提出一种基于狼群算法的VSG并网逆变器多目标优化控制方法。针对电流平衡、抑制有功、无功波动间的矛盾，设计多目标优化控制，引入调节系数和不平衡度，建立负序参考电流统一表达式及多目标优化函数，并通过狼群算法对多目标函数寻优，实现三个控制之间的协调控制，提高了VSG逆变器输出电能质量。最后，对所提出控制方法进行仿真分析，验证其可行性和有效性。     

不平衡电压下利用降阶谐振控制器的新型VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)在电网电压不平衡条件下逆变器输出电流存在严重畸变和有功、无功功率存在振荡等问题,利用比例积分降阶谐振(PI-ROR)控制器对传统不平衡电压下VSG控制策略进行改进。PI-ROR控制器不需进行电流、电压正负序分离计算就可实现对负序分量的无差控制,因而可将正序、负序电流放到同一dq轴上进行统一控制,与传统的正负序分别控制相比,不仅降低了电流环控制结构的复杂程度还避免了大量正负分离计算带来的控制延时。通过仿真证明PI-ROR控制器与恒有功、恒无功及电流平衡3种控制目标结合,可改善VSG在不平衡电压条件下的稳态、暂态性能。     

电网电压三相不平衡时FMSS正负序电流补偿型VSG控制

柔性多状态开关（FMSS）是一种取代传统联络开关应用于现代配电网的新型电力电子设备,能够优化现代配电网分布式电源的消纳和调控。和传统控制算法相比,采用VSG控制的FMSS不受弱电网环境下锁相环性能恶化的影响,在低电网强度下能够向电网提供频率支撑,从而增强系统的稳定性。FMSS作为接入配电网的装置,当电网电压发生三相不平衡现象时,传统VSG控制下的FMSS输出电流、功率会发生明显的波动,并网点的效率会大大降低。针对此问题,以模块化多电平变流器（MMC）结构为基础,在VSG控制策略的基础上引入正负序电流补偿,分别实现不平衡电网下FMSS输出电流、有功功率及无功功率的稳定。最后,通过Matlab/Simulink搭建四端FMSS模型,利用仿真验证所提控制策略的有效性。     

基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可实现分布式电源友好并网。然而,传统的VSG控制不具备低电压穿越能力,在电网电压暂降时难以提供无功支撑,且容易发生输出电流幅值越限。为此,提出一种基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法。首先结合传统低电压穿越控制的数学模型,分析了其与VSG平衡电流控制之间的关联以及两者在切换时存在的问题;在此基础上,设计了VSG低电压穿越控制的整体方案,利用VSG平衡电流控制无差跟随的特点实现了控制模式的平滑切换,使得VSG在电压跌落过程中,其控制信号可很好地跟随电流指令参考值。该方法能够避免故障恢复时由于控制模式突变造成的暂态电流冲击,实现VSG在不同工况下的低电压穿越。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

电网电压不平衡及谐波状态下的并网逆变器控制策略

为了提高并网逆变器在电网电压不平衡及谐波状态下的适应能力,使其能够输出高质量的并网电流,需对传统并网逆变器控制策略进行改进。以αβ坐标系下LCL型并网逆变器模型为研究对象,提出一种基于准比例谐振(QPR)和电网电压前馈的控制策略。首先,分析了并网电流与其给定值和电网电压之间的关系,得出稳态误差及扰动分量产生的原因。然后,通过QPR控制策略来实现并网电流的无静差控制,引入电网电压前馈控制来抑制电网扰动对并网电流的直接影响。同时,为了提高传统锁相环在电网电压非理想情况下锁相精度及谐波抑制能力,对传统锁相环做进一步改进,以提高锁相环抗扰能力。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真验证,仿真结果表明该控制策略能够在电网电压不平衡及谐波状态下得到高质量的并网电流,使逆变器能高效稳定运行,验证了该控制方法的有效性和正确性。     

不平衡电压下VSG控制参数设计及控制策略改进

虚拟同步发电机(VSG)作为一种典型构网型变流器被广泛应用于新能源渗透率高的电网,提供惯量和电压支撑。但当电网电压不平衡时,传统VSG不仅输出的电流和功率存在负序和2倍频分量,而且受控制参数影响趋于不稳定。首先基于VSG的小信号模型分析了不平衡电压对相关控制参数的影响,并对其取值范围进行了修正。接着通过分析电压不平衡时VSG输出电流和功率的特性,在传统控制策略中加入负序电流控制来抑制VSG电流和功率中的负序和2倍频分量。最后通过实验验证了所提参数设计和控制策略的有效性。     

不平衡电网下并网逆变器的模型预测电流限幅灵活控制

针对不平衡电网电压下,并网逆变器出现的功率波动和过电流问题,提出了一种并网逆变器不平衡及电流限幅模型预测控制方法。该方法以平衡电流、抑制有功和无功功率振荡为目标来设计电流参考发生器,然后通过功率参考发生器获取功率参考设定值与输出电流峰值阈值的定量关系,用于指导不平衡电网电压下的功率参考设定。在此基础上,利用空间矢量调制原理给出了基于参考电压建立代价函数法的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪。仿真和实验结果表明,所提方法可以灵活地实现电网电压不平衡条件下的输出电流平衡、有功恒定或无功恒定的控制目标,且能有效限制平衡电流模式、恒定有功模式以及恒定无功模式下的电流峰值。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器功率/电流质量协调控制策略

不平衡电网电压下系统输出功率和电流质量是光伏并网逆变器重要的性能指标。首先分析不平衡电网电压下光伏并网逆变器电流谐波产生的机理和系统输出功率波动的原因,并进行量化分析。然后提出一种静止坐标系控制策略,采用瞬时功率直接计算电流参考指令,无需锁相环和电压/电流正负序分离计算,简化了控制结构。利用加权思想实现光伏并网逆变器功率/电流质量的协调控制,提高了系统运行性能。最后进行不平衡电网电压下的仿真和实验研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。     

电网电压不平衡下PMSG风电场可控运行区域研究

针对电网电压不平衡下永磁直驱风电场实现其并网有功功率无波动、并网无功功率无波动以及平衡并网电流3个传统控制目标,推导了永磁直驱风电场中网侧变换器输出负序电流能力以及为实现各控制目标所需的负序电流幅值,通过将二者结合,进而得到了基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的永磁直驱风电场实现各传统控制目标的可控运行区域,并利用仿真和实验对其进行验证,为实际永磁直驱风电系统在电网电压不平衡下控制策略的合理选取提供理论依据。     

基于模型预测控制的并网逆变器不平衡控制

电网电压发生不平衡故障时,大功率并网逆变器有效的调节控制可以提高其并网运行的能力。主要研究在α,β坐标系中三相并网逆变器的模型预测控制(MPC)策略。在电网电压不平衡的故障下,大功率并网逆变器充分利用MPC在低开关频率条件下的高动态性能和稳定性能,直接对正负序电流进行控制,避免了电流的正负序分解,通过控制电网负序电流为零、抑制有功功率或无功功率二倍频脉动,以满足电网电压不平衡时逆变器的并网电流要求。在一台2 kW的L型并网逆变器实验平台上进行了实验验证,依次实现了3种控制目标。实验结果表明了该方法的有效性及正确性。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

一种适用于不平衡电网情况下的改进型控制策略研究

为了实现光伏并网逆变器在电网电压不平衡情况下能够输出平衡的三相电流,建立了电网电压三相不平衡情况下光伏并网逆变器的数学模型,分析了采用传统同步旋转dq坐标系下PI控制策略的缺点,在研究同步旋转正负序坐标系下双dq-PI控制的基础上,给出了一种改进的dq-PI控制策略。在PSCAD环境下,对传统PI控制策略和改进的dq-PI控制策略进行了对比验证,仿真结果表明,和采用传统的双dq-PI控制相比,光伏并网逆变器采用改进的dq-PI控制策略同样能够得到三相平衡的输出电流,但算法更为简单。