基于虚拟惯量和阻尼参数自适应策略的直流微网电压控制研究

含大功率风光储的直流微电网具有“小惯量、弱阻尼”的典型特性，系统受到扰动后，会导致直流母线电压剧烈波动。为此，该文提出一种改进的虚拟惯量和阻尼参数自适应控制策略。首先，在类虚拟同步发电机控制中加入电压补偿环节，消除了控制带来的电压调节静差；然后，使虚拟惯量和阻尼参数自适应响应直流电压变化，并在虚拟惯量的自适应控制中考虑变换器输出功率限制的影响，在平抑电压波动的同时，兼顾了变换器的长期安全运行。为保证控制参数选取的合理性，该文建立了所提控制策略的小信号分析模型，通过绘制根轨迹图分析其主要参数对系统稳定性的影响。最后，通过仿真算例，验证了该改进控制策略的有效性。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制简化实验方法

根据虚拟惯量控制的物理本质,提出一种简化的直驱永磁风电机组虚拟惯量控制实验系统的设计实现方法。该方法主要基于电力系统一次调频的数学模型,通过运算器的方式对等值电网的惯性响应特性和调频特性进行模拟,使得模拟风电机组在直接并入大电网的条件下即可进行虚拟惯量控制方法的实验验证。该方法避免了构建等值模拟电网的需要,从而进一步降低实验系统的实现成本。通过仿真和实验,验证简化实验方法的有效性和可行性。     

一种新型光伏发电主动参与电网频率调节控制策略

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组空间,导致电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需求光伏发电主动参与电网频率调节。文章以双级式光伏发电为研究对象,从光伏发电的惯量控制和与同步发电机组协调控制两个方面出发,通过改进Boost变换器和网侧逆变器的控制策略,实现光伏发电主动参与电网频率调节。其中,在惯量控制方面,提出基于高压直流电容动态的虚拟惯量控制,并分析控制参数对虚拟惯量控制的影响。最后,基于时域仿真算例验证了控制策略的有效性。     

基于双输入SOGI-FLL的单相电网电压同步新算法

研究SOGI-FLL锁相系统受到自身结构制约而无法实现快速响应的原因。提出在其基础上加入一个与原输入差90°相位的新输入端,从而形成双输入SOGI-FLL(dual-input SOGI-FLL,DISOGI-FLL)的锁相结构。通过数学分析和比较,DISOGI-FLL的动态特性相比原系统有了质的提升。针对单相电网和故障情况作相应修改和扩展,进而使其在电网正常或受到谐波干扰时均可快速准确跟踪电网基波和谐波幅值和频率,并产生相应虚拟正交信号,实现电网电压同步。最后,通过仿真和实验验证了所提算法的快速和有效性。     

海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略研究北大核心CSCD

为缓解大规模海上风电接入末端薄弱电网对系统频率造成的冲击,文章提出了海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略。首先,构建海上风场与海岛微网互联下的电力系统负荷频率控制模型,基于虚拟惯量控制方法,利用海岛微网可调分布式电源支撑海上风场参与调频;其次,为避免风机在提供虚拟惯量过程中发生转速恢复状态跳变,造成系统频率二次扰动,进一步设计了自适应动态量化因子,根据风机不同运行工况实时调控海岛微网支撑能力;最后,基于仿真模型验证了该交互机制及控制策略的有效性。     

LCL型并网逆变器的谐波分析与抑制

系统性量化分析单相LCL型并网逆变器的谐波特征,包括单极性倍频式SPWM带来的高频谐波,以及死区、开关器件非线性特征,直流侧二次脉动和电网电压扰动注入的低次谐波,进而提出一种重复控制与状态反馈相结合,并加入直流电压和电网电压前馈的方案,最后在3 k W逆变系统中验证其谐波分析的合理性和复合控制策略的有效性。     

考虑RoCoF约束的新能源电力系统惯量分区配置方法

分析了大规模新能源电力系统按分区配置惯量的必要性，并对此给出电压源型换流器采用功率同步控制以配置虚拟惯量的建议。据此，提出一种考虑频率变化率约束的惯量分区配置方法。该方法先将待研究系统按频率响应特性的一致程度进行分区，然后结合分区内部扰动、分区间联络线上功率变化和负荷电压响应等因素计算扰动情况下各分区的最大不平衡功率，从而以分区为单位得到惯量需求并进行配置。最后，基于华东电网规划算例，说明了苏北沿海电网等分区的惯量配置需求，并验证所提惯量分区配置方法的有效性。     

虚拟同步发电机技术控制的MMC型固态变压器

针对在大容量直流负荷和高渗透率分布式电源接入固态变压器低压侧时,高压并网接口易呈惯量低、阻尼特性差的问题,提出一种虚拟同步发电机技术控制的模块化多电平换流器（MMC）型固态变压器。首先,分析虚拟同步发电机原理并推导MMC与虚拟同步发电机的等效数学模型,并将虚拟同步发电机技术融入到输入级的控制中,使并网接口的惯性与阻尼增强,在输出端功率变化时对上级电网呈现出友好的柔性缓冲能力。其次,为提升MMC型固态变压器对上级电网的频率支撑能力,在低压直流环节配置储能装置,通过改变充放电功率主动响应一次调频。然后,通过输入级的无功控制环节,验证其具备一定的调压能力。最后建立仿真模型验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制

提出一种计及分布式光伏发电系统源端输出功率波动特征的改进虚拟同步发电机(IVSG)控制策略。对单台虚拟同步发电机功率平衡方程特征值进行分析,明确了光伏电源的基本运行特性,确定了光伏电源稳定运行区域。在传统虚拟同步发电机(VSG)的基础之上进一步采用了直流电压稳定控制技术,提出改进的虚拟同步发电机控制策略。当光伏电源输出功率低于负载需求时起到抑制直流母线电压跌落、维持直流电压稳定的作用,实现按照负荷或并网功率需求进行功率匹配的目的。仿真与实验结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

Coordinated power control with virtual inertia for fuel cell-based DC microgrids cluster

This paper proposes a coordinated power control method with virtual inertia (VI) for fuel cell-based DC microgrids (MGs) cluster based on the multi-agent system (MAS) control frame. In the primary control layer, a local energy management strategy with virtual inertia is adopted to suppress the bus voltage disturbance, smooth the output power of fuel cell, as well as manage the power flow in the DC MG. In the secondary and tertiary control layers, a coordinated power control method based on MAS frame is implemented for the power flow among the sub-MGs. More specifically, the secondary voltage control loop is used for the bus voltage smooth control at the moment of microgrids interconnection, and the power flow tertiary control regular is applied for the battery SoC converge uniformly in finite time. Also, a fuel cell-based DC microgrids cluster real-time simulation platform is established to verify the control performance of the proposed coordinated power control method on the bus voltage smooth control, the SoC consistency control, load abrupt response and ‘plug and play’ capability.     

多输入交错并联Boost变换器功率分配控制策略

针对功率分配底层功能提出一种新型控制策略,该控制策略在传统的双闭环平均电流均流法上加以改进。首先电流内环修改为功率内环,将电压外环的输出除以输入电压再乘以功率分配系数作为新的功率给定值来实现功率分配功能。同时将自抗扰技术应用到电压外环提高母线电压的响应速度。最后基于模块化思想并利用氮化镓功率开关器件,搭建一台三输入交错并联Boost实验样机,其额定功率为1500 W,额定工作频率为500 kHz,峰值效率为98.3%。实验验证结果表明,在相同输入电压或不同输入电压的情况下均能实现功率分配功能,并具有良好的动态响应。     

风电虚拟同步发电机主动调频性能实测验证与优化

相比常规同步发电机,风电机组有功响应与电网频率解耦,不具备主动频率响应能力,给高比例新能源接入电网后的频率稳定带来新挑战。风电经虚拟同步发电机技术改造后具备主动调频能力。该文针对预留备用容量及转子惯性控制两种主动调频控制方式开展现场测试,测试结果表明风电虚拟同步发电机具备有功功率支撑能力。针对现场实测发现的风电虚拟同步发电机退出调频时有功功率跃变、电磁转矩和桨距角协调控制不当等工程应用问题进行闭环优化。     

基于UDE的虚拟同步发电机功频振荡抑制策略

针对分布式发电并网逆变器采用虚拟同步发电机(VSG)技术引起的功频振荡问题,提出基于不确定性和扰动估计器(UDE)的功频振荡抑制策略。对功角稳定机理以及功频振荡特性进行深入分析,建立基于不确定性和扰动估计器的有功环振荡抑制控制模型。该控制方法将外部扰动和不确定性用集总扰动来代替,采用一阶低通滤波器对该集中扰动进行估计,利用滤波带宽思想实现对功频振荡的抑制效果,具有较好的系统鲁棒性。最后,通过时域仿真实验验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制策略

为了提高惯性和促进电网恢复,提出一种基于LCL型并网逆变器的虚拟同步发电机模型预测控制（MPC-VSG）策略。该方法在模型预测控制（MPC）中引入虚拟同步发电机（VSG）控制输出电流内环的参考值,使内环电流参考值可随电网电压和频率变化。基于Matlab搭建仿真模型,和MPC控制方法相对比和分析。仿真结果表明：当逆变器输出功率发生变化时,采用VSG的模型预测控制可增加电网的惯性和稳定性,改善系统暂态过程。     

A novel method for obtaining virtual inertial response of DFIG‐based wind turbines

This paper investigates virtual inertia control of doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind turbines to provide dynamic frequency support in the event of sudden power change. The relationships among DFIGs' virtual inertia, rotor speed and network frequency variation are analysed, and a novel virtual inertia control strategy is proposed. The proposed control strategy shifts the maximum power point tracking (MPPT) curve to the virtual inertia control curves according to the frequency deviation so as to release the ‘hidden’ kinetic energy and provide dynamic frequency support to the grid. The calculation of the virtual inertia and its control curves are also presented. Compared with a PD regulator‐based inertial controller, the proposed virtual inertia control scheme not only provides fast inertial response in the event of sudden power change but also achieves a smoother recovery to the MPPT operation. A four‐machine system with 30% of wind penetration is simulated to validate the proposed control strategy. Simulation results show that DFIG‐based wind farms can provide rapid response to the frequency deviation using the proposed control strategy. Therefore, the dynamic frequency response of the power grid with high wind power penetration can be significantly improved. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于改进径向基神经网络的风电叶片模温串级PID控制算法

针对风电叶片模具电加热系统中被控对象存在的大惯性、非线性、干扰多等问题,提出一种基于改进径向基（RBF）神经网络的串级PID温度控制方法。首先,采用RBF神经网络结构对常规PID串级控制主回路结构进行优化,在此基础上,引入双动量因子,对主控制回路的输出Jacobian信息进行系统辨识,进而实现对控制器参数的自适应整定;其次,采用Kalman滤波器对主回路的输出噪声进行滤波,以消除外部扰动对系统辨识效果的影响;最后,搭建电加热试验平台,通过现场试验对上述算法的控制效果进行分析。仿真及现场试验结果表明：改进的径向基神经网络串级PID温度控制系统相较于常规串级控制具有响应快、超调低、抗干扰能力强等优点,且在主控制回路中的Kalman滤波算法能有效消减系统的输出噪声,可在很大程度上提高控制性能。     

基于干扰观测器的储能反步控制

当直流侧电压波动较大时,基于反步法设计的储能变流器无法依靠自身的鲁棒性平抑功率和直流电压波动。文章提出了一种基于干扰观测器的储能变流器反步控制算法,可提升控制器抗干扰的性能,有效抑制直流电压波动。首先建立双级式储能变流器数学模型并分析其工作原理;然后采用基于干扰观测器的反步法设计了储能变流器的控制器;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真,验证了基于干扰观测器的反步法控制具有更好的鲁棒性和动态响应性能。     

基于风速预测的风电场虚拟惯量协调控制技术

针对现有风电场虚拟惯量协调控制在风电机组调频辅助功率协调分配方面的研究,提出一种基于风速预测的风电场虚拟惯量响应场级协同分配策略,具体是通过经验模式分解（EMD）和BP神经网络训练风速时序序列获得风速时序模型,预测短时段内的风速,根据实时转速和预测风速计算惯量分配权重因子,根据频率变化计算全场惯量响应值,通过惯量分配权重因子结合变流器容量限值给单机分配惯量响应值。该控制策略成功应用于云南某148.5 MW风电场站级调频测试,验证了算法的有效性。