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基于虚拟同步策略的电动汽车V2G技术在多能互补系统中的研究及应用

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电力系统保护与控制 2022年第13期50卷 143-150页

作者：林晓明唐建林张帆罗欣儿田杰肖勇南方电网科学研究院广东广州510670 广东省电网智能量测与先进计量企业重点实验室广东广州510670 深圳供电局广东深圳518001

为解决大规模电动汽车单向充电造成的电网冲击和线路负荷过重问题,开展了电动汽车V2G技术在多能互补系统中的应用研究。首先,对比分析了多种典型的多能互补系统拓扑结构的技术优缺点,在基于共交流母线的多能互补系统中应用V2G技术。其次... 详细信息

为解决大规模电动汽车单向充电造成的电网冲击和线路负荷过重问题,开展了电动汽车V2G技术在多能互补系统中的应用研究。首先,对比分析了多种典型的多能互补系统拓扑结构的技术优缺点,在基于共交流母线的多能互补系统中应用V2G技术。其次,提出基于虚拟同步机的V2G自主有功-无功控制策略,优化设计虚拟惯量、阻尼系数等关键参数,模拟传统发电机组的机电暂态特性,实现系统自主调压调频,解决光伏发电的间歇性和随机性带来的电网指标波动问题。然后,搭建了典型的多能互补系统,并进行仿真验证。结果表明,基于虚拟同步机的V2G设备能主动跟踪并网点频率、电压变化,及时提供有功、无功功率支撑,有效保障电网运行的稳定性。最后,研制了基于虚拟同步策略的500 kW大功率V2G设备,并在示范项目中成功应用,验证了所提方法的有效性。

关键词：多能互补虚拟同步电动汽车 V2G

基于虚拟同步策略的电动汽车V2G 充放电系统研究及样机实现

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电力系统保护与控制 2021年第3期49卷 131-141页

作者：陈天锦牛高远甘江华陈枫刘向立孟凡提刘超贾甜许继电源有限公司河南许昌461000 国网浙江省电力有限公司浙江杭州310000

为了解决大规模电动汽车和大容量新能源接入电网导致的电网负担加重及频率、电压等关键指标波动问题,提出将虚拟同步(Virtual Synchronous,VS)控制策略应用于电动汽车双向充放电(Vehicle-to-Grid,V2G)系统中。首先设计基于虚拟同步原理... 详细信息

为了解决大规模电动汽车和大容量新能源接入电网导致的电网负担加重及频率、电压等关键指标波动问题,提出将虚拟同步(Virtual Synchronous,VS)控制策略应用于电动汽车双向充放电(Vehicle-to-Grid,V2G)系统中。首先设计基于虚拟同步原理的充放电系统结构,其次在VS控制器中设计虚拟惯量、阻尼及励磁等参数,使V2G系统具备传统电网的运行外特性,并对工作模式分类。在Matlab R2019a/Simulink环境中,充放电的同时模拟频率和电压扰动,对典型的工作模式进行仿真分析。结果表明:所使用的虚拟同步控制策略在V2G系统中具有良好的有功、无功跟踪性能;能够快速响应电网异常并及时调节充放电功率或向电网反馈无功功率,提高了电网的稳定性和抗干扰能力。最后,基于虚拟同步策略研制出一台60 kW充放电样机,并成功应用于示范项目中。

关键词：电动汽车充放电虚拟同步调节功率

虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡稳定性分析及抑制措施研究

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虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡稳定性分析及抑制措施研究

作者：李鹏冲华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,随着大比例风电接入电网,风电机组自身弱惯性的缺点导致电力系统的调节能力也随之减弱,系统稳定安全运行的问题受到挑战。虚拟同步控制技术在风电机组的应用,使得风机具有类似同步发电机的惯性和频率响应特性,在一定程度上改善... 详细信息

近年来,随着大比例风电接入电网,风电机组自身弱惯性的缺点导致电力系统的调节能力也随之减弱,系统稳定安全运行的问题受到挑战。虚拟同步控制技术在风电机组的应用,使得风机具有类似同步发电机的惯性和频率响应特性,在一定程度上改善了风机的弱惯性的缺点。目前,双馈风机并网系统次同步振荡现象频发,虽然针对传统控制方式的双馈风机并网系统次同步振荡问题已有大量研究,但对于虚拟同步控制方式的双馈风电机组并网系统的次同步振荡特性和内在机理还缺乏深入研究。因此,如何快速有效评估虚拟同步双馈风机并网系统稳定性水平并提出有效的抑制措施,已成为亟待解决的问题。论文主要研究内容和成果如下:针对虚拟同步双馈风电机组的次同步振荡特性分析模型问题,本文根据双馈风机的异步发电机数学模型,构建了双馈风机采用虚拟同步控制策略的数学模型,在此基础上,通过一种节点电流方程的能量函数构造方法构建虚拟同步双馈风电机组并网系统动态能量模型,反映系统次同步振荡特性,最后,通过虚拟同步双馈风电机组并网系统仿真和算例分析证明动态能量能够直观地反映系统的振荡特性。针对虚拟同步双馈风机并网系统稳定性水平评估问题,本文提出了基于能量耗散率的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡稳定性分析方法。首先根据构建的虚拟同步双馈风机动态能量模型,推导出风机端口动态能量函数解析表达式。然后,根据Lyapunov稳定定律,将动态能量函数关于时间的变化率定义为能量耗散率,反映在振荡过程中系统动态能量的变化趋势,并作为次同步振荡稳定水平的评估依据。在此基础上,阐明虚拟同步控制策略的控制参数与能量耗散率的关系,揭示各个控制参数对系统稳定性的影响规律。最后,通过搭建虚拟同步双馈风机并网仿真模型,对上述方法进行验证。针对虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制措施问题,本文提出了一种基于附加能量支路的次同步振荡抑制措施。首先根据虚拟同步控制策略的不同控制支路对动态能量进行分类分析,根据关键控制支路对能量耗散率的不同影响,以减小系统中正动态能量为目标,设计相应的附加能量支路。在此基础上,对附加能量支路控制参数进行优化,实现多附加能量支路的协同控制策略。最后,通过仿真对上述控制策略进行验证。

关键词：双馈风力发电机虚拟同步次同步振荡能量耗散率振荡抑制措施

基于虚拟同步控制的光伏并网变流器对配电网电能质量的提升方法

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电气工程学报 2024年

作者：杨欣李志伟王江郭汶璋张辉吴晓鸣王绪利王明刘钊汛秦亮国网安徽省电力有限公司经济技术研究院武汉大学电气与自动化学院国网安徽省电力有限公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院

新型配电网中柔性源荷容量占比的持续增加有利于提高配电网的灵活性和可控性，提出以基于虚拟同步控制的光伏并网变流器为对象，深入研究其对配电网电能质量的提升路径。首先，考虑锁相环的动态性能建立了光伏并网变流器在最大功率点跟... 详细信息

新型配电网中柔性源荷容量占比的持续增加有利于提高配电网的灵活性和可控性，提出以基于虚拟同步控制的光伏并网变流器为对象，深入研究其对配电网电能质量的提升路径。首先，考虑锁相环的动态性能建立了光伏并网变流器在最大功率点跟踪(Maximum power point track，MPPT)模式下的序阻抗模型，揭示了含光伏接入的配电网电能质量问题产生机理；然后，建立基于虚拟同步控制策略的光伏并网变流器阻抗模型并明确该控制策略可降低台区配电网的等效阻抗，同时增强光伏变流器的电压支撑能力和改善直流互联装置的运行环境，并从谐波含量和电压波动两方面证明其对配电网电能质量的提升作用，为交直流混联配电系统电能质量主动优化与协同控制技术提供了新思路。最后，在Matlab/Simulink中建立仿真模型验证了所提方法的有效性。

关键词：虚拟同步序阻抗模型并网变流器配电网电能质量

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视频监控网络中目标特征的虚拟同步

微电子学与计算机 2006年第8期23卷 80-83页

作者：杨兴张艳宁胡伏原西北工业大学计算机学院陕西西安710072

视频监控网络已经成为计算机视觉的研究热点之一。文章分析了视频监控网络中数据不同步的原因,提出了使用目标缓冲池链进行虚拟同步的方法。在此基础上讨论了对目标特征数据进行处理的三层结构,解决了视频监控网络系统中的数据不同步问... 详细信息

视频监控网络已经成为计算机视觉的研究热点之一。文章分析了视频监控网络中数据不同步的原因,提出了使用目标缓冲池链进行虚拟同步的方法。在此基础上讨论了对目标特征数据进行处理的三层结构,解决了视频监控网络系统中的数据不同步问题。实验结果表明得到的虚拟同步数据真实可靠,实现简单,具有较强的实用性。

关键词：视频监控网络虚拟同步缓冲池链

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基于虚拟同步的海上风电场黑启动控制研究

基于虚拟同步的海上风电场黑启动控制研究

作者：周浩然东北石油大学

学位级别：硕士

在“十四五”规划提及的“双碳”目标大背景下,我国远近海的风电场建设正在加紧步伐,海上风电必定成为未来重要的能源布局之一。大规模海上风电并网虽然有助于减少碳排放,但是也势必会影响沿海大电网的稳定性和可靠性,严重时甚至会造成... 详细信息

在“十四五”规划提及的“双碳”目标大背景下,我国远近海的风电场建设正在加紧步伐,海上风电必定成为未来重要的能源布局之一。大规模海上风电并网虽然有助于减少碳排放,但是也势必会影响沿海大电网的稳定性和可靠性,严重时甚至会造成大面积停电。利用近海风电场作为沿海电网的黑启动电源这一方法既解决了自启动电源分布问题,又利用了风力发电机单机容量小、响应速度快的特点。因此研究如何因地制宜地利用海上风电场进行快速供电恢复具有重要的意义。本文首先介绍了现阶段常用的两种风机的数学模型,并对双馈和直驱两种风机进行特性研究。通过PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了双馈风机的仿真模型,同时对自启动电源进行建模和分析,设计出具有零起升压功能的柴油发电机的仿真模型。考虑海上风电场集电系统的设备需要,搭建了海上升压站以及海底传输电缆等模型,组成了海上风电场集电并网系统,在仿真平台上搭建并进行仿真测试,为后续研究奠定基础。其次根据仿真模型的搭建以及现场实际应用情况设计基于继电保护装置的黑启动方案,考虑实际用于继电保护的约束条件制定逻辑规则并对设备的黑启动逻辑进行定性分析。对于黑启动的方案中具体的风机数量以及容量的配置问题采用粒子群算法辅助优化,得出风电场参与黑启动的最优启动方案。对于降功率自启动的控制策略本文介绍了现阶段常用的变桨距角控制和超速减载控制,提出了将超速减载控制用于双馈风机的黑启动方案中。结果表明该方法能够在降功率启动后迅速响应系统大功率负荷波动,并且能够利用存储的旋转动能及时补充有功缺额维持系统频率稳定。最后对于黑启动过程中的功率平衡问题提出了一种源网协调控制策略,关于无功支撑电源的选择和控制方法采用直接利用风机网侧变流器提供无功支撑,同时利用网侧无功矢量控制策略抑制突变励磁带来的无功波动。对于有功平衡控制策略采用风柴协同的控制方式,利用变流器附加控制支路实现对突加负载的一次调频和二次调频。在有功无功协调控制上采用基于虚拟同步控制的源网协调控制策略,引入惯量和阻尼系数,增加黑启动过程中系统的稳定性。结果表明在该控制策略下系统频率最大波动小于0.1Hz,有功输出快速响应后能迅速达到稳定,风机网侧变流器能够及时响应系统无功波动,维持母线电压稳定。

关键词：海上风电场黑启动双馈风机超速减载虚拟同步

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基于储能的虚拟同步控制策略研究

基于储能的虚拟同步控制策略研究

作者：张骞上海交通大学

学位级别：硕士

可再生能源作为解决社会发展需求与资源储备矛盾的有效方案得到了高度重视,以此为基础的分布式发电技术和微电网技术也随之发展。但电力电子变换器若采用传统控制策略,会在大规模并网时降低电网稳定性,因此可模拟同步电机外特性的虚拟... 详细信息

可再生能源作为解决社会发展需求与资源储备矛盾的有效方案得到了高度重视,以此为基础的分布式发电技术和微电网技术也随之发展。但电力电子变换器若采用传统控制策略,会在大规模并网时降低电网稳定性,因此可模拟同步电机外特性的虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generator,VSG)成为了研究热点。储能单元通常是含新能源微电网中不可缺少的组成部分,通过对储能系统的VSG控制,可使含新能源微电网在并网时能主动参与电网的一次调频,为电网提供惯量和电压支撑,在离网时能独立带载运行,并可实现微电网的并离网无缝切换,是适应分布式新能源高比例接入的有前景的控制方法。针对基于储能的VSG控制策略的研究已取得了一些进展,但面向工程应用仍存在强弱电网和非理想负载的适应性问题,以及不同储能荷电状态(state of charge,SOC)下的优化问题,研究尚不完善。本文将针对这些方面展开研究,主要工作包括:1、在综述储能变流器控制策略以及VSG技术的发展和现状的基础上,建立了两类VSG的稳态模型与小信号模型,分析比较了其在一次调频稳态响应与有功-频率动态响应方面的特性,给出了一种能结合两者优势的改进的VSG控制。2、提出了一种基于电网强度在线检测的自适应VSG控制方法,使其在不同电网强度条件下均能保持良好的运行特性,解决了电网状态变化或并离网切换导致电网强度显著变化情况下,VSG控制性能下降的问题。3、针对VSG运行在低压配电网中带不平衡与非线性负载运行的工况,探讨了负序电压补偿环节和特定谐波电压补偿环节的应用,改善了配电的电能质量。4、建立了锂电池储能系统的荷电状态模型,分析了VSG运行在极端荷电状态(State of Charge,SOC)条件下所存在的问题,进而提出一种基于SOC的自适应方法,可使VSG尽量保持在较优荷电状态区间,在SOC水平过低时能够延长运行时间,在SOC水平过高时能保持一定电能裕度参与后续调节。5、搭建了基于实时数字仿真平台(Real-time Digital Simulator,RTDS)的硬件在环平台,建立了光-储-柴微电网模型并进行了相关实验,对以上理论研究进行半实物仿真实验验证,并将研究结果应用于工厂微电网试验项目,验证了控制策略的有效性。

关键词：虚拟同步微电网储能一次调频虚拟阻尼荷电状态不平衡与非线性硬件在环

基于虚拟同步端口的微网群功率控制与优化策略研究

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基于虚拟同步端口的微网群功率控制与优化策略研究

作者：常家鸣北方民族大学

学位级别：硕士

将一个区域内多个微网(Microgrids,MGs)互联组成微网群(Microgrid Cluster,MGC),对提高功率控制能力和新能源消纳率具有重要意义。在复杂工况下,微网群的运行与控制将面临极大的挑战,因此有必要深入研究微网群的功率控制与优化策略。首... 详细信息

将一个区域内多个微网(Microgrids,MGs)互联组成微网群(Microgrid Cluster,MGC),对提高功率控制能力和新能源消纳率具有重要意义。在复杂工况下,微网群的运行与控制将面临极大的挑战,因此有必要深入研究微网群的功率控制与优化策略。首先,传统微网群在面临复杂工况时,会出现暂态功率冲击大及供电性能下降等问题;其次,需要针对不同并网结构和组网方式下的微网群潮流进行进一步研究与分析;最后,为确保配电网各节点能够在安全稳定运行下最大限度的接入微网群,需要对微网群并网节点进行选择与评估并研究并网点的承载力。针对上述问题,本文开展了以下研究:首先,针对传统微网群内各微网子网采用公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)硬开关时,不能有效遏制因源荷功率变化造成的微网间暂态功率冲击问题,提出了一种采用多端口软开关(Soft Open Point,SOP)的微网群柔性互联结构。该结构下,微网子网间的功率传输增加了直流传输环节,有效解决了暂态功率冲击的问题,并将各微网子网进行隔离。在此基础上提出了虚拟同步端口控制(Virtual Synchronous Port Control,VSPC)策略,通过引入虚拟同步控制对多个电压型变流器(Voltage Sourced Converter,VSC)进行群调群控,为微网子网提供具有虚拟同步特性的上级端口,对微网子网的电压、频率进行支撑,并使端口具有抑制电压、频率波动的惯性与阻尼能力。算例验证表明,采用所提出的基于VSPC的微网群能有效实现功率的柔性互济,限制了谐波的传导范围,提高了微网群在复杂工况下的功率控制能力。进一步的,在上述建立的基于VSPC策略的微网群基础上,探究基于VSPC策略的微网群并网对配电网功率潮流的影响问题,如节点电压、线路损耗等方面,建立了使用交替迭代法的交直流潮流计算模型。该方法首先对多端口SOP中各VSC使用的不同控制策略进行划分,并建立其交流计算等效模型;然后,通过建立交替迭代法的交直流潮流计算程序对接入基于VSPC策略的微网群的配电网潮流进行计算并进行分析。算例验证表明,本文提出的基于VSPC策略的微网群相对于传统微网群,在并网运行时能够有效提升节点电压水平,并降低线路损耗。最后,针对微网群并入配电网时,如何选择所提VSPC策略的微网群并网节点并准确评估并网节点的承载力及提升程度的问题。本文以粒子群算法为基础,以配电网节点对微网群的最大承载力为目标函数,建立了合理的约束条件;进一步的,在配电网各节点对传统微网群承载力的评估基础上,将VSPC策略引入至微网群中,分析该策略下,微网群单节点及多节点并网时节点的选择与承载力的提升作用。算例验证表明,采用VSPC策略的微网群并网运行时提升了配电网节点对微网群的承载力。通过上述算例验证表明,本文所提的基于VSPC策略的微网群能够有效提升系统内抑制暂态功率冲击及功率控制能力;同时,相较传统微网群,基于VSPC的微网群在并网运行时,对配电网节点电压有明显改善作用,并有效降低了线路损耗。此外,由于基于VSPC策略的微网群参与到中低压配电网的调节,单节点接入时,最高提升了配电网节点对微网群的69.51%的最大承载力,以及在所选多节点方案下,提升了配电网节点对微网群的30.3%的最大承载力。

关键词：微网群 SOP 虚拟同步交直流潮流计算承载力

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虚拟同步发电机在一体化光伏建筑中的应用

集成电路应用 2023年第1期40卷 70-72页

作者：程江鹏中交第三航务工程勘察设计院有限公司上海200032

阐述光伏建筑一体化技术(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)能够将传统建筑与太阳能结合起来,充分利用建筑外表面受到的光照并将其转化为电能,实现低碳环保。然而光伏发电存在着间歇性、随机性的特点,且光伏系统使用的电力电子逆... 详细信息

阐述光伏建筑一体化技术(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)能够将传统建筑与太阳能结合起来,充分利用建筑外表面受到的光照并将其转化为电能,实现低碳环保。然而光伏发电存在着间歇性、随机性的特点,且光伏系统使用的电力电子逆变器缺乏惯性和阻尼,响应速度快,这会对电网的稳定性造成影响。虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generator,VSG)能使并网逆变器具备同步发电机(SG)的工作特性,使之具有与其相似的转子惯性和阻尼,从而提高光伏系统的并网稳定性。

关键词：虚拟同步光伏发电电网稳定性