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虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

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中国电机工程学报 2019年第6期39卷 1560-1571页

作者：伍文华陈燕东周乐明罗安周小平黄旭程杨苓谢志为国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)按照控制方法的不同可分为电压控制型和电流控制型VSG。首先,采用谐波线性化方法建立电压控制型VSG和电流控制型VSG的小信号序阻抗模型,对比分析这两种不同类型VSG的序阻抗特性。电... 详细信息

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)按照控制方法的不同可分为电压控制型和电流控制型VSG。首先,采用谐波线性化方法建立电压控制型VSG和电流控制型VSG的小信号序阻抗模型,对比分析这两种不同类型VSG的序阻抗特性。电压控制型VSG的序阻抗基本呈感性,与电网的阻抗特性基本一致;而电流控制型VSG的序阻抗在中频段显负阻性,且阻抗幅值非常小。基于所建序阻抗模型和Nyquist稳定判据分析电网强弱、VSG并网台数和锁相环带宽对两种不同类型VSG并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明:电流控制型VSG接入电网容易发生谐波振荡问题,而电压控制型VSG并网系统在弱电网或者高渗透率新能源发电下依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,电压控制型VSG比电流控制型VSG更适合应用于新能源并网发电中。实验验证了该文分析的正确性。

关键词：虚拟同步发电机序阻抗建模谐波振荡稳定性分析弱电网

复合型功率同步逆变器:序阻抗建模与并网特性

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中国电机工程学报 2023年第5期43卷 1927-1939页

作者：陈哲朱淼侯川川蔡旭电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240

分布式能源通常借助逆变器接入电网,但基于锁相环的传统电流控制策略在弱电网并网场景下易引发失稳现象。因此,文中提出“复合型功率同步逆变器”概念,通过有功功率与无功功率相结合的复合功率同步方法替代传统锁相环,以改善逆变器在弱... 详细信息

分布式能源通常借助逆变器接入电网,但基于锁相环的传统电流控制策略在弱电网并网场景下易引发失稳现象。因此,文中提出“复合型功率同步逆变器”概念,通过有功功率与无功功率相结合的复合功率同步方法替代传统锁相环,以改善逆变器在弱电网条件下的并网暂态响应,并有效提升并网稳定性。基于谐波线性化方法,推导建立复合型功率同步逆变器的序阻抗模型,并针对同步系数及稳态工作点对并网逆变器稳定性影响机理展开理论分析。阻抗分析结果表明,所提出的复合型功率同步逆变器的输出阻抗基频段幅值在宽工作范围内主要受同步系数影响。同时,搭建实验样机,硬件实验结果证明了所提复合功率同步方法的有效性与阻抗分析的正确性。

关键词：功率同步控制序阻抗建模电流源型控制并网逆变器

虚拟惯性控制的负荷变换器接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

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电工技术学报 2021年第4期36卷 843-856页

作者：刘一锋周小平洪乐荣夏海涛田皓国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 长沙410082 国网潜江市供电公司潜江433100

负荷虚拟同步机(LVSM)与基于直流侧电容虚拟惯性控制的负荷变换器(DLCVIC-LC)都能增强系统惯性,但也可能在弱电网下发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文考虑直流电压控制以及频率耦合的影响,推导三相负荷变换器的序阻抗计算通式,并据此... 详细信息

负荷虚拟同步机(LVSM)与基于直流侧电容虚拟惯性控制的负荷变换器(DLCVIC-LC)都能增强系统惯性,但也可能在弱电网下发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文考虑直流电压控制以及频率耦合的影响,推导三相负荷变换器的序阻抗计算通式,并据此建立LVSM以及DLCVIC-LC的精确序阻抗模型,进而对比分析两者的序阻抗特性。分析发现LVSM的正序阻抗基本呈感性,与电网的阻抗特性基本一致,不易发生谐波振荡问题;而DLCVIC-LC的正序阻抗在中频段呈负阻容性(相位在−90°~−180°),容易在弱电网中引发谐波振荡问题。此外,该文基于所建序阻抗模型和Nyquist稳定判据分析电网阻抗及控制参数对两种负荷变换器并网系统稳定性的影响。最后,通过实验验证了该文分析的正确性。

关键词：负荷变换器虚拟惯性序阻抗建模稳定性分析弱电网

基于双谐波线性化的级联H桥静止无功发生装置序阻抗建模与分析

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电工技术学报 2019年第20期34卷 4334-4346页

作者：张旸沈梦娇陈新陈杰龚春英江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学)

在区域性大规模新能源发电系统中,集成级联H桥静止无功发生装置(SVG)的风电场与电网间频繁发生谐振。为了分析并解决该谐振问题,对级联H桥SVG的频域特性展开研究。由于现有的谐波线性化方法在建立模块化多电平变换器(MMC)序阻抗模型时... 详细信息

在区域性大规模新能源发电系统中,集成级联H桥静止无功发生装置(SVG)的风电场与电网间频繁发生谐振。为了分析并解决该谐振问题,对级联H桥SVG的频域特性展开研究。由于现有的谐波线性化方法在建立模块化多电平变换器(MMC)序阻抗模型时存在忽略谐波作用、线性化过程复杂等问题,该文根据SVG的谐波特性,提出仅考虑基波与二次谐波影响的双谐波线性化建模方法,推导级联H桥SVG的序阻抗模型,该方法还考虑功率及控制电路中各变量谐波的影响,并引入矩阵的形式来简化线性化的过程与序阻抗模型。此外,在SVG控制小信号模型中还考虑了模块电容电压控制的作用,以提高序阻抗模型的精度。最后通过具体的开关电路仿真和原理样机实验验证了级联H桥SVG序阻抗模型的正确性,并分析与讨论了频率耦合效应的影响因素以及子模块电容的设计。

关键词：模块化多电平变换器级联H桥静止无功发生装置双谐波线性化序阻抗建模

独立微电网逆变器带电动机负载序阻抗建模及高频振荡分析

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武汉大学学报（工学版） 2023年第11期56卷 1347-1357页

作者：刘陈瑞扬付立军胡祺林云峰王光宇马堰泓电磁能技术全国重点实验室(海军工程大学) 湖北武汉430033

电力电子逆变器控制特性主导其输出阻抗特性,独立微电网中逆变电源与负载间易源荷输出输入阻抗相互作用引起谐波振荡。针对工程中存在的逆变器带异步电机负载高频振荡问题,采用谐波线性化分析方法,建立离网逆变器输出序阻抗和异步电机... 详细信息

电力电子逆变器控制特性主导其输出阻抗特性,独立微电网中逆变电源与负载间易源荷输出输入阻抗相互作用引起谐波振荡。针对工程中存在的逆变器带异步电机负载高频振荡问题,采用谐波线性化分析方法,建立离网逆变器输出序阻抗和异步电机输入序阻抗模型,采用广义Bode判据分析逆变器控制环节参数对输出序阻抗的塑造作用,结果表明电压环比例系数对逆变器序阻抗影响较大,会加剧逆变器负电阻特性。进一步地,揭示该系统发生高频振荡的原因,即异步电机高频段呈现的正电阻不足以抵消逆变器的负电阻效应,使得系统总阻尼降低从而发生振荡失稳。最后通过Nyquist稳定判据及仿真结果验证理论分析的正确性。

关键词：独立微电网序阻抗建模谐波线性化高频振荡

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电压型与电流型逆变器序阻抗建模与分析

电力电子技术 2020年第10期54卷 107-110页

作者：卫楚奇石磊周百灵李伟祚国网电力科学研究院江苏南京211106

并网逆变器作为分布式发电与电网的主要接口装置,按照控制方法的不同可以分为电压控制型和电流控制型。在此采用谐波线性化的方法分别建立电压控制型和电流控制型逆变器的小信号序阻抗模型,对比分析两种类型的序阻抗特性。电流控制型的... 详细信息

并网逆变器作为分布式发电与电网的主要接口装置,按照控制方法的不同可以分为电压控制型和电流控制型。在此采用谐波线性化的方法分别建立电压控制型和电流控制型逆变器的小信号序阻抗模型,对比分析两种类型的序阻抗特性。电流控制型的序阻抗在中频段呈负阻抗特性,阻抗幅值很小;电压控制型的序阻抗在中频段呈感性,与电网的阻抗特性相似。电流控制型逆变器接入弱电网容易发生谐波振荡,电压控制型对弱电网有较强的适应性且在高渗透率新能源发电下依旧可以稳定运行。最后通过实验验证了分析的正确性。

关键词：逆变器序阻抗建模弱电网

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双馈风电场序阻抗建模及其稳定性研究

双馈风电场序阻抗建模及其稳定性研究

作者：温世全合肥工业大学

学位级别：硕士

随着新能源在电力系统中的占比不断增加,发生在大型风电场和光伏电场的宽频振荡问题也逐渐凸显。基于阻抗的稳定性分析理论对双馈风电场宽频段稳定性的分析和改善十分有效,然而现有的双馈风电场序阻抗模型往往忽略了机组的直流动态特性... 详细信息

随着新能源在电力系统中的占比不断增加,发生在大型风电场和光伏电场的宽频振荡问题也逐渐凸显。基于阻抗的稳定性分析理论对双馈风电场宽频段稳定性的分析和改善十分有效,然而现有的双馈风电场序阻抗模型往往忽略了机组的直流动态特性以及风电场中的频率耦合效应,不能准确描述系统的端口特性,现有的稳定性判据在考虑频率耦合后不再适用,系统的稳定性存在误判风险,现有的稳定性提升方法只针对特定情形或需要附加额外设备,无法用于已建成电站。针对以上问题,该文从频率耦合下双馈风电场并网系统的序阻抗建模、稳定性分析等方面展开研究,并提出了一种基于运行工况预测的稳定性提升策略。本文的主要内容如下:1、为了给双馈风电场序阻抗建模和稳定性分析提供基础,构建了考虑频率耦合效应、直流母线动态特性影响的双馈风电机组序阻抗模型。分析了频率耦合现象的特点,指出dq轴不对称是变流器产生频率耦合现象的原因。通过扫频验证了所推导解析模型的准确性,在此基础上,分析了直流动态对机组阻抗特性的影响,发现其增加了机组的频率耦合程度。2、为研究频率耦合效应对双馈风电场阻抗特性的影响,计及频率耦合和汇集网络构建了典型双馈风电场的序阻抗模型。根据风电场的网络拓扑及其组成元件的等效模型,建立了风电场的等效电路,由此得到的风电场序阻抗模型与单个机组的模型具有相同的形式和定义,通过扫频对其进行了验证。对风电场序阻抗模型的分析表明频率耦合主要影响其低频段的阻抗特性。3、为了分析频率耦合下双馈风电场并网系统的稳定性并获得稳定裕度等信息,采用额外并联阻抗来描述频率耦合的作用,并应用基本奈奎斯特判据来判稳。对双馈风电机组和风电场的等效单输入单输出模型进行扫频验证和特性分析,发现通过电网阻抗的耦合作用对系统基频附近的阻抗特性影响较大。在此基础上使用该方法准确分析了机组和风电场并网系统的稳定性并预测了振荡的频率。4、针对双馈风电场接入弱电网引起的宽频振荡问题,提出了基于运行工况预测的风电场稳定性提升策略。根据风电场运行工况的预测结果,分析了不同工况下风电场的阻抗特性和稳定性。在此基础上,通过多机组之间的工作点协调控制实现了系统阻抗特性的重塑以及稳定性的提升。仿真结果表明,该方法可以有效提高双馈风电场的弱电网适应性。

关键词：双馈风电场频率耦合序阻抗建模并网稳定性分析多机协同控制

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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电网技术 2023年第6期47卷 2380-2390页

作者：莫必祥伍文华陈燕东谢志为何志兴周小平国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步... 详细信息

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。

关键词：直驱风电并网系统储能变流器次/超同步振荡序阻抗建模有源阻尼

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

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电力自动化设备 2022年第8期42卷 153-159,214页

作者：杨飞陈燕东符有泽伍文华徐元璨湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心湖南长沙410082

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控... 详细信息

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。

关键词：直驱风电场 SVG 阻抗重构序阻抗建模小信号稳定性分析弱电网