锁相环对虚拟同步机惯量阻尼特性的影响机理研究

针对锁相环影响虚拟同步发电机惯量、阻尼特性的问题,基于锁相环动态特性,重新对使用锁相环的虚拟同步机建立数学模型,能够更加精确地描述虚拟同步机的惯量、阻尼特性。基于该模型,研究了锁相环对虚拟同步机惯量、阻尼特性的影响机理,并且据此给出了考虑锁相环动态时,虚拟同步机的等效惯性时间常数、阻尼系数相对于预设参数变化数量的计算方法,并在时域、频域验证了计算的准确性;最后在PSCAD/EMTDC中搭建相应的仿真模型,验证了考虑锁相环的虚拟同步机系统模型建立的准确性。     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。     

负荷虚拟同步机惯性与阻尼自适应控制策略

虚拟同步机(VSM)技术通过模拟传统同步机转子惯性和系统阻尼,对电网提供惯性支撑。然而,阻尼与惯性的引入使得变换器的动态响应速度变慢,当变换器对输出功率进行主动调节时,无法快速、平稳地到达给定值。针对这一问题,提出一种惯性与阻尼自适应调节的负荷侧VSM优化控制策略。该控制策略通过在功率调节不同阶段,自主调节VSM的惯性J和阻尼D,实现对输出功率的优化控制。为了验证该控制策略的有效性,建立了VSM的MATLAB/Simulink模型,对其进行了仿真实验。仿真结果表明,与传统控制方法相比,基于该控制策略的同步机有功功率调节速度更快,调节过程中的波动和超调更小,具备更好的动态调节性能。     

考虑阻尼和惯性的虚拟同步机建模方法研究

下垂控制使电力电子接口具有同步发电机的一些外特性,如实现下垂曲线等,却不能为电网提供阻尼和惯性。为了模拟同步发电机的阻尼和惯性环节,本文通过分析如何从下垂控制演化为虚拟同步机控制,建立包括阻尼和惯性环节的类似同步发电机机械方程的模型,让电力电子变换器具有同步发电机的阻尼和惯性特性。仿真和实验验证了方法的可行性和正确性。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性。为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略。该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和阻尼系数。通过建立小信号模型,利用系统输出阻抗结合阻抗比判据给出虚拟惯量和阻尼系数的变化范围和边界,分析虚拟惯量和阻尼系数自适应选取下系统惯性变化及母线电压响应效果,该方法提高了直流微网系统惯性,同时改善了直流母线的动态响应。最后通过Matlab/Simulink仿真和RT-LAB半实物实验,验证了所提控制策略的有效性。     

含虚拟惯量的双馈风电机组扭振阻尼特性分析与抑制方法研究

阻尼是影响双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)轴系扭振的核心因素.在并网导则要求风电参与系统调频的背景下,当DFIG采用虚拟惯量控制响应系统频率变化时,其扭振的阻尼特性将更加复杂.采用阻尼转矩方法,首先分析了最大功率跟踪模式下DFIG轴系扭振的阻尼特性,推导了虚拟惯量引...     

含虚拟惯量的电力系统频率响应特性定量分析方法

虚拟同步机可以使并网逆变器具有类似于同步发电机的外特性,从而使逆变器参与频率调节并为电力系统增加虚拟惯量。但目前,对于含虚拟惯量的电力系统的频率响应特性缺少定量的刻画指标,难以从理论上指导大规模电力电子设备接入时虚拟惯量的优化配置,也无法从理论上刻画虚拟惯量的加入对于电力系统频率响应特性的影响。针对这一问题,提出以系统相位扰动到频率输出的闭环传递函数(或传递函数矩阵)的H2与H∞范数作为描述系统频率响应特性的指标,从而定量刻画虚拟惯量的加入对系统频率的扰动抑制能力的影响。在此基础上,分析了同步发电机和虚拟同步机的频率响应特性,并进一步结合频率响应的时域波形验证该指标的有效性。     

虚拟同步机技术在电力系统中的发展及应用

虚拟同步机技术可以有效解决大量电力电子变换器接入电力系统带来的欠阻尼和低惯量问题。概括了虚拟同步机技术的起源以及在各国的发展状况,分析了虚拟同步发电机和虚拟同步电动机的拓扑结构及工作原理,阐述了虚拟同步机技术在新能源并网、柔性直流输电、电动汽车等中的具体应用,指出其在优化电力系统运行方式、实现新能源并网设备的即插即用等方面具有广泛的应用前景。     

基于虚拟电阻的电动汽车负荷虚拟同步机调频性能优化策略

负荷虚拟同步机(LVSM)技术可使电动汽车(EV)充电桩等负荷主动参与电网调频,但在EV两级式充电结构中,基于比例积分(PI)控制的后级DC/DC变换器的特性会削弱LVSM的调频性能。为此,提出一种虚拟电阻(VR)控制策略,通过重塑后级DC/DC变换器的输入阻抗为阻性,优化了LVSM的调频性能,充分发挥了LVSM的网荷互动能力。从理论上对比了采用传统PI控制和所提出的VR控制时,负荷扰动后电网频率偏差、各台LVSM直流母线电压和充电电流变化量的响应过程,结果表明VR控制通过充电电流调节过程使电网频率稳定性有所提升,且未对LVSM直流母线电压的稳定性造成不良影响。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提控制方法的有效性。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制将同步电机的转动惯量和阻尼系数引入到逆变器的控制中,改善了系统频率响应特性,增强了微电网抗干扰的能力,但是牺牲了一定的动态调节性能。在此基础上,提出了一种VSG转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。建立VSG的数学模型,分析各参数对系统输出特性的影响;在VSG控制的基础上引入转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,并给出相应参数变化情况下的稳定性分析;通过MATLAB/Simulink仿真对比定参数VSG控制与转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略的控制效果,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于最优阻尼比虚拟同步发电机的优化控制策略

针对微电网中可再生能源渗透率越来越高,微电网惯性和阻尼不足等问题越来越突出,随即一种新的控制方式即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术被提出。区别于传统同步电机,虚拟同步发电机可以实时的控制电机参数获得系统稳定。文章从传统同步发电机有功控制环出发,结合功角特性曲线和频率振荡曲线分析惯性参数和阻尼系数对系统稳定性的影响。在现有控制方式的基础上提出一种基于最优阻尼比的惯性参数和阻尼系数共同自适应的控制策略。最后在Matlab/Simlink中通过离网和并网仿真分析验证所提策略的正确性和有效性,结果证明能够有效抑制系统的系统波动并具有很好的动态性能。     

基于自适应惯量阻尼综合控制算法的虚拟同步发电机控制策略

在逆变控制领域,虚拟同步发电机(VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑电网频率,然而现有VSG控制手段往往忽略了阻尼的作用。为进一步提升VSG对频率稳定性的贡献,在传统VSG控制策略的基础上,结合力学原理证实了VSG虚拟惯量可进行实时变化的可行性,分析了同步发电机转子惯量和阻尼系数与系统频率稳定性的关系,并设计了一种自适应惯量阻尼综合控制(SA-RIDC)算法,实现了虚拟转动惯量与虚拟阻尼的交错控制。通过MATLAB/Simulink仿真工具,将所提出的SA-RIDC算法与传统固定惯量阻尼控制和自适应惯量控制进行对比,结果表明SA-RIDC算法在改善系统频率稳定性方面有着显著的效果。     

基于虚拟同步发电机的频率谐振抑制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator)技术应用于新能源并网,其惯量和阻尼特性可灵活调节,提高了电力系统可控性、安全性及稳定性.大多数对VSG系统的研究都忽略了电磁磁链的动态过程引发的同步频率谐振现象,该现象在控制参数设计不合理时会导致系统稳定性下降,针对这一问题文中提出了选择VSG...     

基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)中存在暂态过程长、电能质量差的缺点,提出了一种基于自适应旋转惯量的VSG控制策略。首先,介绍了传统VSG控制存在的问题;然后,在传统VSG控制基础上提出了新型的VSG控制策略,并分析了这种新型VSG并网有功和无功的调节方案。所提VSG控制策略能够根据负载扰动引起的频率变化量实时动态调节旋转惯量,避免了频率迅速上升和跌落,从而改善了频率响应特性。最后,MATLAB/Simulink软件仿真和硬件实验的结果验证了所提VSG控制方法的有效性和可行性。相比于传统VSG方法,所提VSG控制方法的稳定性更好、响应速度更快、超调更小、谐波更低。     

含阻尼环节的电流源型风电虚拟同步发电机控制与分析

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

惯量阻尼自适应虚拟直流发电机控制策略

直流微网无需考虑频率、相位等因素,拓扑结构简单且易于控制,但基于大量电力电子变换器接口的直流微网惯性较低,严重时会影响微网的安全稳定运行。针对此问题,文中通过分析扰动时电压波动各阶段系统对惯性的需求,以及惯量阻尼参数对系统惯性的影响,提出了一种附加动态调节系数的惯量阻尼自适应控制策略,可以根据电压变化率与电压偏差灵活调节系统惯性,减小功率波动对母线电压的影响。建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了惯量阻尼参数的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了直流微网仿真模型进行分析,验证了控制策略的有效性。     

基于频率稳定性提升的虚拟惯性优化控制策略

基于传统一阶虚拟惯性的新能源逆变器并联弱电网时,其有功稳态和动态特性调节存在矛盾。首先,总结了基于各种改进结构虚拟惯性算法的新能源逆变器并、离网时的特性及存在问题。然后,针对此问题,以频率稳定性提升为目标,通过调整二阶虚拟惯性算法中一阶微分补偿环节和一阶惯性环节在功率外环前向通道的位置,提出了二阶虚拟惯性优化控制策略。最后搭建了一台100 kW新能源逆变器并网仿真平台,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该算法在保证逆变器有功稳态特性和功率振荡抑制能力的同时,有效减小了动态响应初始阶段的频率变化率,提高了系统频率稳定性。