面向逆变器并联的虚拟振荡器控制技术综述

虚拟振荡器控制作为继下垂控制和虚拟同步机控制之后提出的新型多逆变器无互联线并联技术,因其独特的自同步机制和快速的动态响应性能等特点而成为当前的研究热点。从控制结构、多机同步运行机制和动力学特性方面论述了虚拟振荡器的控制原理;从功率控制策略、小信号稳定性、新型虚拟振荡器方案3个方面对虚拟振荡器控制技术的研究现状进行了全面综述;分析并总结了虚拟振荡器控制与下垂控制、虚拟同步机控制的对比研究。结合目前虚拟振荡器控制面临的若干关键问题,对未来研究方向和可能的相关解决思路进行了探讨。     

基于改进下垂控制的孤岛微网逆变器并联技术研究

逆变器并联系统在等效输出阻抗呈阻性条件下无法适用传统下垂控制方法,在对逆变器并联系统功率分配精度影响因素,以及传统下垂控制方法分析的基础上,提出了一种改进下垂控制方法。该方法首先利用虚拟复阻抗解决系统等效输出阻抗呈阻性条件下下垂控制的适用性问题,然后针对由此产生的电压跌落和频率偏差问题,提出了一种结合积分补偿器的功率二次函数项变下垂系数改进控制方法,并引入电压和频率微分调节器改善系统动态调节性能。最后通过仿真验证了该改进下垂控制方法在孤岛微网条件下的有效性和可靠性。     

基于“虚拟负阻抗”的微网逆变器并联运行研究

在低压微网孤岛运行模式下,传统下垂控制受线路阻抗特性的影响难以实现良好的均流效果。在控制环路增加虚拟阻抗可以抑制系统环流,但传统虚拟阻抗会增大逆变器的输出阻抗,导致输出产生电压降落,且由于系统阻抗阻性部分的影响难以将系统矫正为纯感性。为解决上述问题,提出"虚拟负阻抗"的控制策略,采用虚拟负电阻来抵消系统阻抗中的阻性部分,使逆变器保持较低的输出阻抗,减小系统输出电压的降落,再结合虚拟电感使其更趋近纯感性,改善环流抑制效果。在Matlab/Simulink中搭建了双逆变器并联运行模型,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

基于虚拟电容的微网逆变器无功均分控制策略

在采用下垂控制的多逆变器微网系统中,针对线路阻抗差异所导致逆变器无功功率不均分问题,提出了基于虚拟电容的无功均分控制策略。该控制策略通过算法模拟逆变器输出端的并联电容特性,并根据线路阻抗差异自适应补偿线路阻抗压降,减小基频环流,提高系统无功均分能力。所提控制策略无需改变下垂特性,且无需检测公共点电压和线路阻抗参数,简化并改进了微网逆变器的无功均分控制。仿真和实验验证了所提方案的有效性。     

低压微网逆变器的“虚拟负阻抗”控制策略

提出基于"虚拟负阻抗"的控制策略对低压微网中的并联逆变器进行控制,该策略包含"虚拟负电阻"和虚拟电感两部分。"虚拟负电阻"用以降低由阻性线路引起的功率耦合,并减小并联系统输出电压降落;虚拟电感使逆变器本身的输出阻抗呈感性,调节系统感抗匹配程度以提高无功分配精度;分析非基频暂态稳定性对"虚拟负电阻"取值范围的限制,提出增大该取值范围的改进方案。改进方案使并联逆变器能稳定运行于基波系统阻抗角位于第二象限的新区域,可提高线路参数漂移和估算不准确时的系统性能。此外,给出用波德图对并联逆变器功率环路进行稳定性分析的方法。仿真和实验结果验证了上述控制策略和方法的有效性。     

低压微网阻性逆变器并联运行控制策略

并联逆变器需要较强的环流抑制能力、较好的功率分配特性和一定的抗扰能力.而传统下垂控制与双环控制方法动态特性较差、功率分配精度不高、环流抑制效果一般.针对低压微网系统稳定运行受逆变器输出阻抗、连线阻抗、负荷特性影响等复杂情况,详细分析了逆变器的应用需求,重点研究了环流抑制和功率均分控制策略,提出了一种含虚拟负感抗分量和自...     

微网逆变器并联运行的改进下垂控制策略

逆变器并联系统采用有功-电压频率(P-f)和无功-电压幅值(Q-U)下垂控制方法实现功率均分时,由于采用固定下垂参数,输出电压精度与功率均分效果之间存在矛盾;同时负荷发生剧烈突变时易造成输出电流振荡,从而影响系统的稳定运行。此外,为获得稳定准确的系统功率输出,功率计算环节须引入低通滤波器,低通滤波器的延迟特性将会对系统的动态性能产生影响。为此,提出了一种改进的逆变器自适应下垂控制方法,该方法在传统控制方法基础上分别引入功率与下垂系数的一次函数项和功率与时间的微分项,既实现了下垂系数随功率变化的自适应调节,又及时反映出功率的变化趋势,有效提高了系统的稳定运行性能和动态响应能力。实验结果验证了所提方法的有效性。     

混合负载下基于虚拟振荡器控制的离网逆变器控制策略研究

虚拟振荡器控制(virtual oscillator control, VOC)策略是一种新型分布式控制方法,在离网和并网逆变器中具有巨大的应用潜力。然而,当负载变化及非线性不平衡负载接入系统时,基于VOC的离网逆变器系统会存在频率偏差和谐波问题。针对上述不足,通过分析混合负载对电力系统造成的影响,提出一种改进的VOC策略,并引入电压、电流正负序分离技术,设计了二次频率补偿器。同时改进了电压电流双闭环控制结构,进一步提高了系统抑制谐波的能力。在Matlab/Simulink平台中搭建了离网逆变器系统仿真模型。通过与传统VOC进行对比,验证了所提控制策略在解决频率偏差和抑制谐波问题中的有效性。     

采用功率坐标变换的微网并联逆变器控制方法

下垂控制是微网中逆变器并联运行的常用控制方法,但有功功率—频率(Pf)下垂会导致稳态频率偏差,减小下垂系数虽可减小频率偏差但会影响控制性能。针对上述问题,将虚拟阻抗、下垂控制和功率坐标变换相结合提出新的控制方法,利用虚拟阻抗对有功功率P和无功功率Q进行坐标变换,得到广义有功功率Pd和广义无功功率Qd,并证明Pd和f存在下垂关系,Qd可通过虚拟阻抗的大小进行调节。然后,根据负荷功率因数选择虚拟电阻和虚拟电抗的比值,使Pd在稳态时趋于零,从而使稳态频率偏差趋于零,再按照逆变器额定容量的反比选择下垂系数及虚拟阻抗大小从而实现P和Q的按比例分配。所提方法可以使稳态频率偏差趋于零,并能实现有功和无功负荷的按比例分担,MATLAB仿真证明了所述方法的有效性。     

基于虚拟阻抗的三相逆变器并联系统研究

在三相逆变器并联系统中,一般采用PQ下垂控制。传统的PQ下垂控制是基于理想模型,每个逆变模块的参数完全一致。然而在实际的逆变器并联系统中,各个逆变模块的电路参数往往无法完全一致,致使模块之间出现环流。为解决该问题,将虚拟阻抗的概念应用于三相逆变器并联系统控制。研究表明,采用虚拟阻抗可以有效解决逆变器并联系统中各个模块之间因为组件和电路参数差异而产生的影响,减小系统环流和改善系统均流。通过仿真和实验对所提方法进行了验证。     

不同容量微网逆变器的自适应虚拟阻抗运行策略

对不同容量微网逆变器的功率控制策略展开研究。提出适用于不同容量微网逆变器的自适应虚拟阻抗策略,通过有功功率反馈自适应地调节虚拟阻抗取值,使总的线路阻抗比朝接近逆变器容量反比的方向变化。通过理论分析证明,在增加相同虚拟阻抗取值条件下,自适应虚拟阻抗策略相比常规虚拟阻抗策略可以获得更好的功率分配效果。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

基于多指标非线性控制方法的微网逆变器控制设计

为了提高微网逆变器的动静态性能,对于多输入多输出的逆变器非线性系统,引入多指标非线性控制方法进行微网逆变器控制设计。根据微网逆变器双环控制的要求,选取微源输出电压及其微分量的线性组合为输出函数,从理论上证明满足状态反馈部分精确线性化的能控性条件和对合条件,推导出多指标非线性控制律。该控制律能实现在统一的非线性控制设计框架下对微源输出电压及其微分量进行同时约束,消除微源输出电压的稳态误差,加快逆变器的响应速度,使系统的动静态性能得到很好的协调,实现逆变器的高性能控制。相比于传统的双环控制,该设计方法能够使控制量解耦;充分考虑了系统的非线性,保证了在大信号扰动下系统具有良好的性能;实现了统一的电压、电流环设计,能够满足不同控制策略需求。仿真实验验证了该控制方法的有效性与优越性。     

低压微网逆变器自适应谐波下垂控制策略

在多个分布式电源逆变器并联于同一公共连接点(PCC)的典型低压微网中,针对各并联逆变器在无通信线情况下难以协调抑制PCC处谐波电压的问题,提出了低压微网逆变器自适应谐波下垂控制策略。将基波鲁棒性下垂控制的思想引入谐波控制,建立和分析了鲁棒性谐波下垂控制的控制框图,并根据鲁棒性下垂控制应用至谐波控制额定工况的特殊性,对其进行简化设计;在此基础上,设计了基于PCC处谐波电压检测的下垂系数自适应调节策略和多准比例谐振(PR)电流跟踪方案。通过PSCAD仿真软件构造了2台逆变器并联运行工况对所提策略进行验证,仿真结果表明,自适应谐波下垂控制策略能将PCC处的谐波电压抑制在设定范围内,并且能按逆变器容量分配谐波功率。搭建了2台逆变器并网运行的实验平台,进一步验证了所提策略的有效性,结果表明所提控制策略能使多台并联逆变器在无通信线和负载电流传感器的情况下,独立、自治地参与微网电能质量治理,并按各自容量抑制PCC处的谐波电压。     

基于虚拟同步发电机的微电网逆变器

本文根据微电网对逆变器性能的要求,借鉴同步发电机的经典数学模型,设计了一种适用于微电网的逆变器控制模型(虚拟同步发电机)。该逆变器具有功率、电压、频率调节的功能,能够根据电网自身以及负荷的变化合理调整输出以满足系统的稳定性要求。在MATLAB/Simulink环境下搭建了该系统的仿真模型,仿真结果验证了该方法的正确性和合理性。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络...     

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。     

基于范德波尔振荡器和PQ控制的微电网并离网协调控制策略

针对微电网中采用传统多层嵌套的并离网下垂控制系统存在动态响应速度较慢、均流性能较差等问题,提出了一种基于范德波尔虚拟振荡器控制器（VOC）和PQ控制的微电网并离网协调控制方法。在微电网并网运行时,通过对离网VOC引入并网电流反馈,并对其谐振参数和电压倍率进行闭环调节,使VOC一直处于热备用状态,不仅使微电网中各发电单元拥有PQ控制的良好动态性能,还可实现并离网的平滑切换。在微电网转孤岛运行后,同样对VOC参数进行闭环调节,实现对微电网中公共耦合点（PCC）处负载电压的补偿以及对各发电单元更好的均流控制。给出VOC参数同步控制器与PCC处电压之间的关系,理论分析实现同步的机理。与基于传统下垂控制的并离网控制策略进行仿真对比,结果表明所提控制策略可以有效改善微电网在并网运行时的动态响应和孤岛运行时的均流性能。     

基于虚拟空间矢量过调制策略的逆变器共模电压抑制方法

虚拟空间矢量调制(VSVM)技术因其在共模电压(CMV)抑制方面的独特优势而受到关注,但相较于空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,其线性调制范围较小,影响了逆变器的电压输出.分析了使用和弃用零矢量调制策略的CMV特性和线性调制范围,在此基础上提出了基于VSVM的过调制策略,推导出该策略下过调制补偿角与调制比之间的关系式...     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。