基于VSG的微电网逆变器控制策略研究

针对微电网中的分布式电源出力的间歇性导致微电网功率不稳定的问题,基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术的控制方法,建立VSG的数学模型,设计了一种基于电流、电压和功率控制的反馈控制器,提出了一种全新的VSG控制策略,实现分布式电源动态特性对微电网中有功功率和无功功率的均分控制。并通过Matlab/Simulink仿真,验证了所提控制算法的有效性。结果表明:该控制策略对抑制因新能源发电并网导致的电网波动、提高电能质量具有重要意义。     

交直流混合微电网中互联变流器功率控制

针对交直流混合微电网,分析了各子网的下垂特性以及并网和离网2种运行模式下的功率平衡关系。为避免互联变流器频繁动作,提高系统电能质量,提出了一种基于单位化处理的交直流混合微电网下垂控制方法,并设计了误差动作阈值,推导了误差与交换功率之间的数学关系,实现了互联变流器的分区段控制。在PSCAD/EMTDC搭建了交直流混合微电网仿真模型对控制策略进行仿真,结果表明,在并网和离网2种运行模式下,互联变流器在相应区间都能准确、快速地调节直流微电网与交流微电网之间的交换功率,实现交直流混合微电网的稳定运行,验证了控制策略的可行性。     

基于最速下降法的自适应环流抑制

针对交直流混合微电网孤岛运行时,并联变流器硬件参数不能完全一致,控制信号无法完全同步以及负荷 波动导致并联回路中存在多种循环电流问题,提出一种基于最速下降法 (SDM)的虚拟同步发电机 (VSG)控制策 略.通过最速下降法迭代得到循环电流最小时的变流器输出电压并反馈给 VSG控制器,既实现各工况下 VSG 输出电 压的同步,又有效地完成了负荷波动时的电压自适应调整.为了验证所提控制策略的有效性,在 MATLAB/Simulink 中搭建仿真模型,仿真结果表明所提控制方法可有效抑制系统环流.     

基于虚拟同步发电机的微电网控制策略研究

针对微电网中的分布式电源出力的间歇性导致微电网频率及电压不稳定的问题,通过建立虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制系统的数学模型,设计了一种基于频率控制、电压控制和功率控制的反馈控制器,并给出了相应的控制方法;通过理论分析分布式电源的频率、电压特性及其对微电网频率、电压稳定性的影响,提出了能够有效抑制分布式电源功率波动,提高微电网电能质量的控制策略。仿真结果表明:VSG能稳定地控制微电网频率、电压,具有很好的稳态性。     

基于谐振控制的微电网储能变流器多目标控制策略

为提高储能系统利用率,实现多目标控制,提出一种基于比例矢量比例积分(PVPI)控制的分频协调控制策略。利用PVPI控制所具有的频率选择特性,理论上实现对特定次频率分量的零稳态误差控制,使储能变流器提供功率的同时有选择性地补偿谐波、无功和不平衡电流,从而有效利用了储能系统,改善了微电网电能质量,减小了微电网接入对低压配网电能质量的影响。仿真结果证明了所提多目标分频控制策略的有效性。     

具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题,对此,提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中,采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令,采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流,采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令,最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明,VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时,能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流,且适用于非理想电网条件。     

SMES/BESS储能变流器在微电网中的控制策略研究

储能系统在微电网的运行控制中起到了重要的作用,研究了超导磁储能和蓄电池储能系统的储能变流器在微电网中的控制策略。基于比例积分(proportional-integral,PI)控制的储能变流器已广泛应用于微电网中,以实现双向的功率传输。然而,由于储能变流器具有高度的非线性和耦合性,PI控制器无法实现令人满意的鲁棒性。因此提出了一种基于互联和阻尼配置方法的能量成型控制策略,用于改善微电网中混合储能系统储能变流器的鲁棒性。具体设计过程包括3个步骤:端口受控哈密尔顿模型的建立、期望平衡点的设定和能量匹配方程的求解。最后,为验证所提出方法的正确性和有效性,建立了微电网模型进行并网、孤岛运行的仿真。仿真结果表明,所提出的HESS储能变流器的能量成型控制策略在微电网各运行状态下均能有效维持微电网稳定运行,并较传统的PI控制有更强的鲁棒性。     

基于扰动观测器的逆变器电能质量提升控制策略

为提高逆变器输出电能质量,设计了一种基于谐振跟踪控制器和改进的不确定和扰动估计器的两自由度控制策略.新控制器中跟踪控制和扰动抑制控制是解耦的,各自相对独立.扰动观测器中引入了延时动作,以最大程度地减小奇数次谐波处的输出阻抗幅值.通过适当地扰动抑制,跟踪谐振控制器即可实现标称系统的输出遵循正弦基准参考,幅值和相位误差接近于零.利用三相逆变器实验平台进行了带线性和非线性负载测试,实验结果验证了所提出控制策略可有效提高逆变器输出电能质量.     

基于扰动跟踪的交直流微电网互联变流器自适应反推控制策略

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、并离网切换、系统参数偏差等情况下的鲁棒稳定性,提出了一种基于扰动跟踪的互联变流器(ILC)自适应反推控制策略。分析了交直流混合微电网的基本拓扑结构,并考虑系统建模误差和外界扰动的影响,将ILC实际数学模型转化为带综合干扰项的理想表达式;利用实时扰动跟踪法对系统综合干扰项进行观测和补偿,基于此提出了一种ILC自适应反推控制策略,以保证ILC能实时跟踪系统的外界干扰和误差并进行抑制,增强了系统应对功率波动和参数不确定性的能力;通过小信号稳定性分析和多个算例测试验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

采用模糊控制策略与主动阻尼控制技术的微电网能量管理技术

微电网可运行于孤岛模式与并网模式,在偏远地区有较大应用前景。为提高微电网电能质量与微电网能量管理的可靠性,需对微电网的控制策略进行优化。就三个方面对微电网进行了优化,提出了一种不需要任何传感器的基于主动阻尼控制技术的微电网控制策略;通过频率调整主动阻尼系数,减小LC滤波器的尺寸;基于模糊控制提出了微电网的能量管理技术。仿真与实验结果表明:采用所提出的设计方法与控制方法,微电网可输出高质量的电能。     

提高光储柴独立微网频率稳定性的虚拟同步发电机控制策略

针对由间歇性可再生能源、柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统构成的独立微网,提出一种提高系统频率稳定性的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型并分析其输出电压与频率的阶跃特性;其次,在理论分析VSG控制与微网频率稳定性关系的基础上,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调压特性引入储能变换器(ESC)的控制中,使ESC具有虚拟惯性与阻尼;然后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对比针对ESC采用传统电流控制、下垂控制及VSG控制时负载阶跃条件下的系统频率响应特性;最后,建立一套包含2台VSG及1台DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。     

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。     

基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略

大量新能源经电力电子装备接入电网改变了电力系统的阻尼特性,导致同步发电机低频振荡问题凸显,对系统安全稳定运行构成威胁。虚拟同步发电机作为一种新型的变流器控制技术,有必要对新能源基于该技术接入系统的阻尼特性进行深入分析。首先,建立虚拟同步发电机控制器的数学模型与同步发电机模型。其次,以新能源并入单机无穷大系统为研究对象,基于小信号分析法分析该策略与同步发电机的运行特性耦合机理。最后,提出一种新能源并网的附加阻尼控制策略,并基于电力系统极点配置法,设计附加阻尼控制器以改善系统阻尼特性并抑制系统低频振荡,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于输出电压反馈的虚拟同步发电机多环控制策略

基于虚拟同步发电机VSG(virtual synchronous generator)控制的微网用储能逆变器广泛应用于分布式发电系统中,VSG输出电压的波形质量是衡量其性能的重要方面。为提高VSG的供电质量,提出了只采用输出电压反馈的多环控制策略。其中,输出电压一次微分反馈回路起到有源阻尼的作用,可有效地抑制LC滤波器的谐振;输出电压以及输出电流前馈解耦回路可使电流内环等效成一阶系统,从而提高系统的动态响应。在考虑系统控制延时的基础上,采用极点配置技术对电压与电流双环控制器参数进行设计。所提控制策略,在负载阶跃扰动情况下既能实现快速的动态响应,又能获得很好的稳态特性。仿真和实验结果都验证了该控制策略的可行性与有效性。     

光储柴独立微电网中的虚拟同步发电机控制策略

针对由可再生能源发电系统、常规柴油发电机组(DGS)和蓄电池储能系统组成的独立微网,提出一种适合微网在孤岛模式下稳定运行的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。首先,建立DGS在同步旋转坐标系下的数学模型,并分析其输出电压和转速的阶跃响应特性;其次,在充分考虑DGS和VSG不同控制特性的基础上,提出一种适应独立微网分层协调控制的改进型VSG策略;然后,在基本VSG控制器中增加虚拟阻抗环节,灵活实现对微网谐波的抑制;最后,建立一套包含2台100 k V·A VSG及1台440 k W DGS并联的独立微网实验平台,实验结果验证了所述控制策略的正确性与有效性。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

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。     

微网逆变器的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制

近年来随着微网及分布式发电的快速发展,适用于微网并离网运行的虚拟同步发电机(VSG)控制技术被提出。VSG在下垂控制的基础上进一步模拟了同步发电机的转动惯量和阻尼系数。和下垂控制相比,VSG的响应特性得到了进一步的提高,但无法同时保证频率和功率的动态调节性能。针对该问题,对VSG离网工况下的输出频率和并网工况下的输出功率进行了自适应控制。首先,做出不同转动惯量和阻尼系数下的有功环根轨迹,并结合VSG转子机械方程分析转动惯量和阻尼系数对系统的影响,通过建立转动惯量和阻尼系数的自适应函数关系来对VSG实现自适应控制。最后在MATLAB/Simulink中搭建容量为20kVA的VSG自适应控制模型,并搭建了20kVA容量的VSG实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。