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。     

虚拟同步发电机及其在独立型微电网中的应用

针对独立分布式发电系统设计了一种基于同步发电机功角特性的虚拟同步发电机控制策略,使逆变器能以电压源形式与柴油发电机并联组网。所设计的控制策略实现了逆变器对电网的无缝投切,逆变器在并网运行时能根据指令调节有功输出。突加、突减负载时逆变器能迅速响应需求输出功率,有效地减小了微电网电压幅值和频率波动。当微电网中柴油发电机停机时逆变器能独立支撑微电网的电压和频率,使微电网电压和电流平稳过渡。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所设计控制策略的有效性。     

分布式电源并网逆变器无缝切换控制策略

为解决分布式发电系统中不同微电源逆变器控制策略的差异以及相互之间切换的问题,提出了一种基于虚拟同步发电机的微电网并网/孤岛运行模式之间的无缝切换控制策略。分析了虚拟同步发电机、恒压频比和恒定功率控制方式,在孤岛运行模式下主逆变器采用基于虚拟同步发电机控制、恒压恒频控制,提出一种在2种运行模式之间无缝切换的主逆变器控制策略。最后,在Matlab/Simulink环境下进行了仿真。仿真结果表明,所提的基于虚拟同步发电机的无缝切换控制策略实现了微电网运行模式之间的无缝切换。     

阻抗隔离型中压并联式UPS控制策略研究

UPS作为高敏感、大容量负荷的电力保障设备,能在电网受到扰动或发生故障时为负荷提供安全可靠的供电。提出了一种适用于并联连接至中压配电网的阻抗隔离型UPS的控制设计思路。为使UPS外部输出特性兼具响应速度和抗扰性能,内部三相逆变器采用了基于电压控制型虚拟同步发电机技术的功率控制及电压电流双闭环控制,配合电网电压和频率偏差响应,保证负载电压稳定,并实现网侧接近单位功率因数运行;设计了电网故障的隔离及故障恢复后的准同步并网控制策略,实现UPS系统离并网过程的无缝切换。最后在PSCAD/EMTDC上搭建了UPS系统运行的仿真模型,验证了所研究拓扑及控制策略的有效性和可行性。     

基于虚拟功率的虚拟同步发电机预同步方法

模拟同步发电机特性的分布式发电系统对大电网呈友好特性,然而,虚拟同步发电机(VSG)在并网瞬间可能存在较大冲击电流。为此,文中提出一种基于虚拟功率和电压频率二次控制的预同步单元,实现VSG离网和并网间的无缝切换。在此基础上,详细分析了惯性、阻尼和调差系数对功频调节特性的影响。仿真和实验结果表明:所提出的预同步控制能实现VSG不同模式之间的平滑切换,且与传统预同步控制相比,控制简单;同时,所研究控制策略具有较好的有功功率、无功功率跟踪性能。     

基于自适应模型预测控制的光储虚拟同步机平滑并网策略

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的光伏-储能单元可工作在孤岛及并网两种模式，孤岛转并网运行时，由于传统控制精度差而存在电压电流冲击问题，且因为频率和相角间的相互耦合，在预同步过程中会产生较大频率的波动。为此，提出了一种针对光储虚拟同步发电机单元在上述模式切换过程中的自适应模型预测控制(adaptive-modelpredictivecontrol,A-MPC)方法，在采用更为精确的模型预测控制(model predictive control,MPC)策略的基础上，引入切换过程中频率变化量对MPC的加权系数进行自适应调整，较好地改善了基于VSG控制的换流器在预同步过程和运行模式切换过程中的动态响应。最后，通过搭建控制器级硬件在环仿真实验，验证了所提控制策略可以更好地减小孤岛转并网过程中的电压电流冲击。     

微电网系统准同期并网改进控制策略

微电网中越来越多以电力电子装置为接口的分布式电源采用模拟同步发电机的下垂控制策略来实现并网和孤岛工况的运行及相互之间的切换。基于分布式电源下垂控制策略和传统电网自动准同期并列装置工作原理,分析了微电网系统准同期并网原理,将频率调节和相角调节进行了统一,提出了一种微电网系统准同期并网的改进简化方法。针对电网末端三相电压不平衡等实际工况,采用正负序角度之和实现通信的传输,降低了对通信实时性的要求,增加负序分量的同步环节,提出了一种弱电网工况微电网系统准同期并网     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

基于下垂策略的微电网双模式运行控制

微电网孤岛和并网模式切换时,为了减小对大电网和微电网造成的冲击,提出同步并网控制方法。在采用P-f和Q-V下垂控制策略的基础上,设计了同步并网控制流程。根据电网和微电网输出的电压进行同步调节,使得两者的电压幅值差、频率差和相角差满足并网要求,以实现微电网在孤岛和并网两者模式之间的平滑切换。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中建立微电网运行控制模型。仿真结果表明,所提出的方法实现了微电网在两种模式之间的平滑切换和在双模式下的稳态运行。     

基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换控制策略

对于采用对等控制策略的微网系统,如何实现孤岛/并网运行模式间的无缝切换是一项亟待克服的技术难点。文中首先介绍微网系统的基本结构与工作模式,针对微网孤岛与并网运行模式的特点,提出一种满足微网孤岛/并网切换的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。其次,为了适应微网的并网运行特性,提出一种基于控制器状态跟随的并行切换方法,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ/VSG控制模式间的无缝切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,共同验证了所提控制策略和并行切换方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究

随着风力发电容量占电网容量的比重不断加大,风电场对电网稳定性的影响也越来越大。同步发电机具有调节系统功率平衡,维持电网电压稳定的作用,并具有自同步特性,适于系统并联。通过在风电场交流侧配置储能电池,并对储能系统的逆变器采取基于同步发电机模型的控制策略,将风电场等效为虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator-VSG）,使风电场向电网输送的功率平滑,并对大电网体现同步发电机的特性。根据负荷的波动,调节自身输出功率,维持系统频率与电压稳定,有效提高了大规模风电场并网性能。建立了由风力发电机组、储能电池及汽轮发电机组组成的系统仿真模型,仿真结果验证了控制策略的可行性。     

虚拟同步控制在MMC-HVDC无缝切换控制的应用

针对MMC(modular multilevel converter)型VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)在并网运行模式与孤岛运行模式相互切换过程中易于发生切换失败、冲击电流大的难题,将虚拟同步控制运用到MMC的运行模式切换中。在虚拟同步控制和MMC基本原理的基础上,提出基于虚拟同步控制的MMC-HVDC(modular multilevel converter-high voltage direct current)无缝切换控制方法。引入的虚拟同步控制无需采用专门的同步控制电路,并网前可自动与电网同步;并网后能准确跟随电网频率,实现友好并网。当电网出现故障或需要检修时,MMC仍可孤岛运行,从而实现了运行模式的无缝切换。PSCAD/EMTDC平台下的仿真结果验证了所述控制策略的可行性和有效性。     

基于虚拟同步机的风光储一体系统运行控制研究

大容量电池储能的应用能够平抑分布式电源输出功率的波动,提高大规模电网对于分布式电源的消纳性。依据传统同步发电机的旋转惯量、阻尼等特性,提出将"虚拟同步发电机"控制技术运用到储能变流器的控制中,实现系统的调压调频和功率控制。对此,设计了储能系统的运行控制策略,在平抑风光发电输出功率的同时,实现系统在并网、孤岛、再并网运行时的电压、频率控制,最后通过Simulink仿真验证了此控制策略的可行性。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

基于等效内部阻抗的单相电压控制型逆变器控制策略

对于大量分布式电源接入配电网引起的高渗透率问题,传统的电流控制型逆变器在电网电压及频率的调节、电网故障时无缝切换等方面存在困难,为此提出了一种单相电压控制型策略。通过控制环路的设计和控制参数的设定,使得等效阻抗精确可控,且从外特性上可模拟同步发电机的频率及电压控制特性,使逆变器具备调节电网电压和频率的功能,提升电网对分布式电源接纳能力。仿真及实验结果验证了控制策略的有效性。     

一种单相逆变器并离网切换的统一控制策略

分布式能源系统中,逆变器通常具有并网运行与孤岛运行两种模式。当逆变器并网运行时,一般表现为电流源特性,向电网输送功率;当逆变器孤岛运行时,一般表现为电压源特性,控制本地电网电压与频率稳定;逆变器并离网切换过程时需进行两种控制模式的模式切换。提出一种基于下垂控制的单相逆变器统一控制策略,构造一种电压源电网支撑型逆变器,在并网与离网模式下均可稳定运行,从而实现并离网工况的无缝切换。建立逆变器阻抗模型,基于阻抗模型设计了下垂控制策略和下垂曲线,给出了逆变器并离网切换的控制逻辑,构建了实验样机,通过实验验证了所提出的理论分析和控制策略的可行性。     

微网无缝切换控制策略研究

为缓解微网模式切换时带来的电压、电流冲击,通过对微网无缝切换关键技术分析,提出基于频率扰动的微网有差预同步控制方案。为保证储能逆变器控制策略同步平滑切换,提出了基于VSG及电流权值调节的无缝切换控制策略。为实现控制策略的软转换,令VSG控制与PQ控制共用电流内环,并通过电流权值调节2种控制策略的外环参考电流实现平滑过渡,保证了控制策略与PCC点开关的同步切换,避免了物理开关切换造成的电压、电流冲击,有利于微网的稳定运行。仿真验证了所提控制策略可行性和有效性。     

虚拟同步发电机并离网无缝切换策略研究

针对难于实现并网/孤岛两种运行模式之间无缝切换的问题,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)统一电压、电流双环控制结构的逆变器并离网无缝切换控制策略。首先,对功频调节器、励磁调节器和电压、电流双环进行了设计,并给出了控制结构框图。其次,对传统并离网切换进行了分析,两种模式下控制器输出的结果不同,导致在切换的瞬间容易产生电流冲击,提出改进的预同步控制方法,控制简单,切换瞬间电流平滑过渡且能够抑制有功、无功功率的冲击,实现了并离网运行模式无缝切换。最后,通过仿真和实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于VSG的储能系统并网逆变器建模与参数整定方法

从并网逆变器主电路和同步发电机等效电路的对应关系出发,提出模拟同步发电机转子的运动方程、有功-频率下垂特性与无功-电压下垂特性的虚拟同步发电机(VSG)外环控制策略。引入虚拟阻抗模拟同步发电机定子电气方程的电压环,和基于准比例谐振控制器的电流环共同构成应用于储能系统并网逆变器的VSG控制策略。建立应用于储能系统并网逆变器的VSG动态小信号模型,分析其参与电网需求响应的机理。推导得出VSG参与电网调压/调频需求响应的动态模型,为研究电网电压/频率波动时VSG无功/有功输出特性提供依据;进而在保证有功环、无功环的稳定性与调压/调频动态性能的条件下,总结得到VSG关键参数的整定方法。最后通过仿真与实验验证了所提VSG参与电网调压/调频动态模型的正确性与参数整定方法的有效性。     

虚拟同步发电机及其在微电网中的应用

针对分布式电源并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略及其在微电网中的应用进行研究。建立并网逆变器用虚拟同步发电机控制方案的数学模型,研究基于虚拟转矩和虚拟励磁的并网有功、无功调节方案,定量分析系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响,详细分析惯性和阻尼参数的整定方法,提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略,可模拟同步发电机的准同期并列装置。最后,针对一个典型微电网系统,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果和一台50 kVA样机的实验结果验证所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,所提的并网功率调节控制策略具有较好的有功、无功跟踪性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提高系统稳定性,此外,还能满足微电网不同运行模式之间的无缝切换。