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。     

基于虚拟同步机的并网逆变器不平衡电压灵活补偿策略

电力电子设备大量地接入电网,给电网带来了系统惯量和阻尼降低等问题。为了提高不平衡电网频率稳定性和改善电网电压的电能质量,提出了基于虚拟同步机的不平衡电压灵活补偿控制策略。通过采用虚拟同步控制,在电网频率波动时提供有功功率支撑,提高电网频率稳定性。通过采用负序电压前馈补偿,抑制公共连接点不平衡电压,改善电能质量。通过建立不平衡电网下的虚拟同步机模型,提出采用电压前馈的不平衡电压抑制策略。进而,分析了采用电压前馈补偿策略的控制性能,研究不平衡电压补偿系数的设定方法。提出的控制方法可根据电网电压不平衡度的控制目标和设备剩余容量自动地调整不平衡电压补偿系数,实现不平衡度灵活调节。最后,通过仿真结果验证所提控制策略的正确性和有效性。     

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。     

电网电压不平衡和谐波畸变下新型并网锁相环设计

针对日益增加的分布式能源并网,旨在设计一种新型的锁相环(PLL),以克服主流PLL在电网电压不平衡和谐波畸变下难以精确地锁定电压频率和相位的不足。由于电压不平衡静止坐标系下电压正负序交流分量存在耦合关系,采用交叉解耦双复系数滤波器(DCCF)结构提取和分离电压正负序分量。利用多变量滤波器(MVF)对输入电压基波正序分量幅值无衰减、零相移特性,将MVF结构引入交叉解耦DCCF结构中,设计一种新型的PLL结构,以增强在高谐波畸变下的滤波能力。最后进行Matlab/Simulink仿真,证明所提出的PLL在电压不平衡、电压频率阶跃和相角跳变下能够快速精确地锁定频率和相位,且比双复系数滤波器锁相环(DCCF-PLL)具有更好的滤波能力。     

直流电压不平衡下的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制

在单相级联脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高,控制性能受锁相环影响较大。为此,提出了一种应用于单相级联PWM整流器中的无锁相环控制策略。利用在两相静止坐标系下瞬时功率与电压、电流的关系计算出指令电流信号,以实现电网电流对电压的跟踪控制;此外,叠加无锁相环均压指令,实现各级均压控制;同时采用准比例谐振控制器实现电流内环无静差控制。仿真结果验证了该无锁相环控制策略的有效性。     

不平衡弱电网条件下微电网并网控制策略

弱电网条件下,电力负荷的不平衡造成公共连接点(PCC)电压出现不平衡,而传统跟踪算法难以保证并网过程平滑切换。针对此问题,提出了一种不平衡弱电网条件下微电网并网控制策略。设计采样电路获取三相电压并进行正负序分离,构建正负序分量独立控制的双闭环控制系统,实现电网电压的精准同步跟踪,保证并网过程的无缝切换。通过在Simulink中搭建仿真模型,设计测试场景,验证了该策略的精确性和有效性。     

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。     

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...     

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。     

不平衡电压下虚拟同步发电机功率控制策略

通过对电网电压不平衡下虚拟同步发电机输出功率的分析,提出了基于静止坐标系的功率控制策略,在不需要锁相环的情况下,利用负序电压控制分别对有功、无功功率振荡或三相电流不平衡进行抑制,既保证了虚拟同步发电机电压控制的电压源性质和惯性特性,又能够使分布式电源根据不同需求输出恒定的有功、无功功率或三相平衡电流。利用PSCAD/EMTDC软件仿真及基于RTDS的实时数字物理闭环实验,验证了所提控制策略的有效性,并对各控制策略的特性进行了量化分析。     

电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术通过模拟同步发电机运行机理,在理想电网条件下能够使分布式电源友好接入电网。然而,在不平衡电网电压下,则会出现输出功率振荡、电流不平衡等问题。为克服这些问题,提出了一种基于静止坐标系下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略。该控制策略根据瞬时功率理论计算负序电流参考值,建立了恒定有功、无功及电流平衡3个控制目标的统一解析表达式,实现功率-电流的协调控制,提高了系统运行性能。最后仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于反Park变换的不平衡锁相环设计研究

为实现不平衡电网下正序基波电压相位和幅值的快速、准确获取,本文提出一种基于反Park变换的三相锁相环设计方案。首先,提出一种基于反Park变换的正交信号发生器实现方案;然后,对前述方案进行了详细的数学分析,从理论上证明了所提方案可以有效进行信号正交处理,并给出其关键参数的设计方法;接着,以该正交信号发生器为基础,构建适用于电网不平衡条件下的三相锁相环;最后,通过搭建PSCAD仿真模型在多种电网环境下对本文所设计锁相环进行性能测试,仿真结果表明该锁相环具有良好的适应性,能快速、准确地锁定正序基波电压的相位和幅值。     

Compensation method of phase‐locked loop under unbalanced grid condition based on harmonic linearization

The voltage source converter (VSC) is often faced with unbalanced grid conditions that will degrade its performance because of the distorted current with a large amount of harmonics. One of the main parts of current distortion is the third‐order harmonics caused by the negative‐sequence voltage component at the fundamental frequency. The distorted output of the synchronous reference frame phase‐locked loop (SRF‐PLL) due to the unbalanced grid voltage is the main reason for the existence of the harmonics. This paper analyzes the mechanism of the generation of harmonics currents and proposes a compensation method for the PLL in VSCs based on the harmonic linearization method without changing the structure of SRF‐PLL. The proposed PLL can work properly under unbalanced grid conditions and has a good dynamic response. The third‐order current harmonics are reduced significantly by using the proposed PLL instead of the conventional SRF‐PLL without changing the current control strategy of VSC. The compensation method is verified by cycle‐by‐cycle circuit simulations and controller hardware‐in‐the‐loop experiments.     

基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制研究

研究了一种基于虚拟同步发电机算法的微网逆变器控制策略,并分别设计了虚拟同步发电机算法、虚拟原动机调节及虚拟励磁电流调节模块,通过电压电流双环控制,使逆变器输出的电压幅值及频率分别与无功功率及有功功率呈现良好的下垂特性、且能够较快的跟踪负荷的变化,从而提高了系统的稳定性和可靠性。此外文章对虚拟原动机调节模块进行了改进,能够实现频率的实时无差控制,提高了频率控制的精度和响应速度。仿真结果表明,逆变器输出电压较好的模拟了同步发电机的外特性,且相电压的畸变率仅为0.2%,同时输出频率不随负荷的变化发生偏移,可稳定在49.98Hz,验证了文章理论分析的正确性和可行性。     

不对称电压跌落下虚拟同步机改进低电压穿越控制策略

虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator, VSG)是提高以新能源为主体的新型电力系统稳定性的有效途径。应用于逆变型新能源(Inverter-Interfaced Renewable Generation, IIRG)并网的虚拟同步机在不对称电压跌落情况下可能丧失VSG特性,并因低压穿越能力不足或电压电流越限而导致切机,危害电力系统安全稳定运行。对此,提出了一种新型VSG控制策略。该方法在不对称电压跌落情况下,既能持续提供系统惯性和阻尼,又能提供主动电压支撑,有效提高VSG低压穿越能力,并保证扰动下的系统稳定性。首先,分析了传统VSG在不平衡电压跌落情况下的响应特性。然后,提出了一种基于平衡电流的改进VSG控制结构,将传统VSG单电流环控制改为双电流环控制,维持VSG在电压跌落条件下的惯性阻尼特性,并实现对正负序分量的精准控制。接着,基于改进的双电流环控制拓扑,在逆变器安全运行条件下,对正负序参考电流整定方法进行优化,以实现VSG主动电压支撑和电流限幅。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提控制策略在多种系统运行条件下的响应特性及有效性。     

PWM整流器无锁相环不平衡控制策略研究

电网电压不平衡时,基于同步旋转坐标系的传统控制策略从六个功率分量中选取四个分量计算指令电流,导致剩余两个功率分量不受控。针对此问题,在两相静止坐标系下建立了基于扩展无功功率理论的瞬时功率模型,该模型利用四个功率分量计算四个静止坐标系下的指令电流,同时控制有功和无功功率的平均值及二次波动量。该方法省去了Park变换和锁相环,降低了系统的复杂程度,提高了系统的动态响应速度。以三相电压型PWM整流器为控制对象,进行了仿真和实验验证,结果表明所提出的方法能够抑制直流侧电压的二次波动并实现单位功率因数运行。     

电网不平衡下基于自适应观测器的锁相环研究

电网不平衡条件下,传统软件锁相环已经不能准确跟踪电网电压的频率和相位信息,且无法直接得到电网电压的正负序分量。针对传统软件锁相环的缺陷,提出了一种静止坐标系下基于自适应观测器的软件锁相环算法。算法设计了电网电压角频率的自适应观测器模型,通过定义Lyapunov函数,推导出电网角频率的自适应律,并设计了使得观测器稳定的增益矩阵。该算法不仅可以观测到电网的频率、相位等信息,同时可以得到电网电压正负序分量。仿真和实验结果表明,基于自适应观测器的锁相环具有检测精度高、动态效果好等优点,当电网处于各种不平衡条件时更能显示其优越性,可为风电网侧变流器的算法改进提供有效的控制基准。     

电网频率偏差下虚拟同步发电机改进控制研究

虚拟同步发电机(VSG)由于模拟了同步发电机(SG)的调频调压特性和惯性阻尼作用而得到广泛关注。传统的VSG特性分析一般针对电网频率为额定频率的情况,当电网频率不等于额定频率时,仍然采用传统VSG控制将会使VSG动态特性发生变化以及输出有功功率稳态值出现偏差,现有文献对电网频率偏差下的VSG动态特性缺乏分析且现有方案不能完全解决有功功率偏差问题。文章首先分析了电网频率偏差对VSG有功功率和频率特性造成的影响,进而提出一种改进有功频率控制策略,并对改进控制策略进行分析。最后通过matlab/simulink仿真验证所提控制策略在改善动态特性和消除稳态偏差方面的有效性。