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基于虚拟同步电机控制的电力电子变压器系统仿真与实验

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科学技术创新 2024年第2期 89-92页

作者：管之乐南京航空航天大学江苏南京

本文提出了一种基于虚拟同步电机控制技术的电力电子变压器仿真系统,并针对其电压、功率的调控效果设计了仿真实验。该仿真系统由主电路和控制电路两大部分构成,使用高压和低压交流接口控制器。在构建仿真系统、设计仿真参数的基础上,... 详细信息

本文提出了一种基于虚拟同步电机控制技术的电力电子变压器仿真系统,并针对其电压、功率的调控效果设计了仿真实验。该仿真系统由主电路和控制电路两大部分构成,使用高压和低压交流接口控制器。在构建仿真系统、设计仿真参数的基础上,分别开展了高压交流接口电压支撑仿真实验和频率支撑仿真实验,以及低压交流接口并联运行仿真实验。结果表明,本文设计的电力电子变压器仿真系统,在配电网电压幅值和频率波动时,可以快速完成调节,使电压幅值和频率重新回归正常;低压交流侧系统的有功和无功功率发生波动变化,会根据自身容量比例输出相应的功率,达到“功率均分”的效果,有助于保证配电网的稳定运行。

关键词：虚拟同步电机电力电子变压器高压交流接口无功功率

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船舶大功率电力推进虚拟同步电机控制方法

电力自动化设备 2022年第11期42卷 106-113页

作者：孙志豪黄文焘卫卫余墨多邰能灵上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200240 中国船舶及海洋研究工程设计研究院上海200011

电力推进作为船舶综合电力系统的最重要负载之一,受工况与海况的多重影响,其易产生大幅功率波动,对系统的安全稳定运行造成冲击。为此,提出了船舶大功率电力推进虚拟同步电机控制方法。在控制上将整流单元等效为同步电机,为端口功率与... 详细信息

电力推进作为船舶综合电力系统的最重要负载之一,受工况与海况的多重影响,其易产生大幅功率波动,对系统的安全稳定运行造成冲击。为此,提出了船舶大功率电力推进虚拟同步电机控制方法。在控制上将整流单元等效为同步电机,为端口功率与频率响应增加惯性特征;逆变单元采用磁场定向矢量控制,提升推进电机的调速性能,利用虚拟惯性与阻尼平滑推进功率冲击、抑制电网频率波动。建立虚拟同步电机控制的变换器小信号模型,考虑直流电容与推进负载的动态特性,分析控制参数变化对变频器响应特性的影响,综合考虑冲击功率的抑制效果与动态性能,给出一种参数设计方法。利用PSCAD/EMTDC与RT-LAB半实物仿真,验证了所提控制方法能够在既有硬件配置下将推进冲击功率峰值降低30%,且不影响推进调速性能,有效地改善了电力推进系统的功率特性,保障了船舶综合电力系统的安全稳定运行。

关键词：虚拟同步电机船舶综合电力系统电力推进小信号模型负载冲击功率

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虚拟同步电机分布式电源转子自适应控制方法

工业仪表与自动化装置 2022年第6期 94-99,124页

作者：余志文曾凯文戴月林玥廷李德忠广东电网电力调度控制中心广东广州510600 湖南大唐先一科技有限公司湖南长沙410007

虚拟同步电机分布式电源转子的控制性能过差会影响电力系统的供电效率,为了提升电力系统的供电效率,降低电流电压差异性变化导致虚拟同步电机运转停滞的突发可能性,提出虚拟同步电机分布式电源转子自适应控制方法。该方法通过虚拟同步... 详细信息

虚拟同步电机分布式电源转子的控制性能过差会影响电力系统的供电效率,为了提升电力系统的供电效率,降低电流电压差异性变化导致虚拟同步电机运转停滞的突发可能性,提出虚拟同步电机分布式电源转子自适应控制方法。该方法通过虚拟同步电机的工作原理获取与分布式电源转子控制相关的因素并进行分析,同时将传输信号与VSM信号控制模型结合,实现虚拟同步电机分布式电源转子的自适应控制。最后以分布式电源转子作为试验对象,通过观察虚拟同步电机输出功率限额大幅度跳跃时,三种不同方法对与分布式电源转子动能相关的两项传输信号的控制结果,判断不同方法对虚拟同步电机分布式电源转子的控制能力。实验证明,该方法对分布式电源转子的输出功率限额和电流控制结果优于传统的控制方式。

关键词：虚拟同步电机转动惯性阻尼系数 VSM信号控制模型

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光伏虚拟同步电机并网控制策略研究

光伏虚拟同步电机并网控制策略研究

作者：杨天月武汉工程大学

学位级别：硕士

在国家对新能源产业政策的大力支持下,光伏电池作为清洁能源主要的转换载体,其规模正在迅速扩张。光伏电站中大量的低惯性并网逆变器接入电力系统,削弱了系统中同步发电机的安装比例,造成电网的惯量阻尼缺失,进而降低了电力系统的稳定裕... 详细信息

在国家对新能源产业政策的大力支持下,光伏电池作为清洁能源主要的转换载体,其规模正在迅速扩张。光伏电站中大量的低惯性并网逆变器接入电力系统,削弱了系统中同步发电机的安装比例,造成电网的惯量阻尼缺失,进而降低了电力系统的稳定裕度,严重情况下会造成电网事故。虚拟同步电机技术通过模拟实体发电机的调频调压特性,为电力系统贡献惯量,已成为热门的光伏逆变器并网控制策略。为了有效支撑光伏电站并网运行,本文研究了直流侧和交流侧两部分的控制策略。针对直流侧光伏电池输出功率不稳定的问题,分析其输出特性并根据常规电导增量法存在的缺陷,提出了一种能够避免功率追踪方向误判的增强型电导增量法,使光伏电池能够快速稳定地进行最大功率点追踪。为了稳定光伏系统的直流母线电压,在直流侧增设储能系统,并通过相应的控制策略进行双向充放电,来维持直流母线的功率平衡和电压恒定,从而为并网逆变器提供稳定的直流输入源。针对光伏逆变器接入电力系统造成的惯量缺失问题,设计了虚拟同步电机控制策略。通过分析同步发电机的数学模型,建立了虚拟同步电机的调速控制器和励磁控制器,使光伏电站具有和同步发电机相同的惯性阻尼及电压频率下垂特性。结合传递函数与仿真结果分析了控制参数对逆变器输出功率的暂态和稳态特性影响,提出了一种惯量阻尼自适应控制策略,使得光伏电站并网运行时能够根据有功振荡的不同阶段在线调整控制参数,从而有效抑制系统的功率振荡,最后通过李雅普诺夫稳定性分析和MATLAB/simulink仿真平台验证了所提自适应控制策略的有效性。

关键词：光伏并网增强型INC 虚拟同步电机参数分析功率振荡

基于虚拟同步电机的光伏储能并网控制技术的研究

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基于虚拟同步电机的光伏储能并网控制技术的研究

作者：陈严成武汉工程大学

学位级别：硕士

在目前的能源变革中,分布式发电系统兼具着生产、传输和转换电能等重要功能,光伏作为一种重要的分布式电源,能带来更好的环境和社会效益,但是随着新型电力系统的发展,光伏发电系统在电网渗透率不断提高,如何提高分布式光伏发电系统集成... 详细信息

在目前的能源变革中,分布式发电系统兼具着生产、传输和转换电能等重要功能,光伏作为一种重要的分布式电源,能带来更好的环境和社会效益,但是随着新型电力系统的发展,光伏发电系统在电网渗透率不断提高,如何提高分布式光伏发电系统集成电网的灵活性和可靠性是目前研究的热点。首先研究光伏两级式并网结构,分别对光储系统的等效电路及变换器控制策略加以分析和建模,并在此基础上构建完整可靠的光储系统。其中,为了提高光伏第一级直流侧Boost升压变换器的输出效率和稳定性,升压变换器采用最大功率点跟踪控制策略,实现对直流侧电压的调节。为了解决光伏第二级交流侧DC-AC逆变器并网存在的惯量和阻尼缺失等问题,因此在交流侧逆变电路采用虚拟同步电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略,使得光储系统具备同步电机的惯量和阻尼特性,然后通过对系统功率传递函数的分析,优化了单机VSG系统的惯量和阻尼参数,提高了系统频率的稳定性。通过对传统发电厂的调频分析可知,VSG控制是基于下垂控制的一次调频,系统频率经过VSG控制仍然会偏离额定值,因此增加储能装置,使得光储系统具备二次调频能力,能够让系统频率快速稳定在额定值。由于储能输出效果易受负荷侧功率非线性变化的影响,所以采用基于模糊理论的电池压频控制策略,使得储能装置能够在合理状态下改善光储系统的虚拟同步电机的暂态响应特性,减小了系统频率响应的超调量,一定程度上提高了分布式电网的压频稳定性。其次为形成大容量的分布式发电系统,依据双机VSG并联系统的运行要求,对双机VSG系统的惯量和阻尼参数进行了详细分析,改善了多VSG系统的可扩展性、控制精度和输出特性,为大规模VSG并联奠定了基础。最后,在MATLAB/simulink平台下进行仿真实验,得到的结果验证了单机VSG技术和模糊控制在光储系统中的优越性;双机VSG并联系统下的功率分配的精确性;在3机9节点系统中应对负荷变动时,单机VSG系统频率调节的可行性。

关键词：光伏虚拟同步电机储能一次调频二次调频模糊控制

混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略

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中国电机工程学报 2019年第13期39卷 3776-3787页

作者：李峰秦文萍任春光王祺韩肖清王金浩电力系统运行与控制山西省重点实验室(太原理工大学) 山西太原030024 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频... 详细信息

针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,有效提高交直流混合微电网对交流频率及直流电压的抗扰动特性。该文分析混合微电网瞬时功率平衡特性,基于此,提出利用交、直流微电网电源和负荷吞吐特性为交流频率和直流电压提供惯性,并设计相应的控制策略。建立所提控制策略的小信号模型,详细分析转动惯量、阻尼系数、直流下垂系数等关键参数对系统稳定性的影响及有功功率变化时交流频率和直流电压的动态响应,据此给出系统关键控制参数设计方法。最后,分别利用Matlab/Simulink软件和dSPACE实验平台验证所提控制策略的有效性。

关键词：交直流混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机小信号模型

频率扰动下虚拟同步电机控制型分布式电源自适应惯性控制策略

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电网技术 2020年第4期44卷 1525-1533页

作者：李美依黄文焘邰能灵陆昱唐跃中朱钦上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市闵行区200240 上海市电力公司市南供电公司上海市徐汇区201100

逆变型分布式电源作为分布式电源并网的主要形式,其控制精确且响应迅速,但因缺少惯性,面对外界频率扰动时动态调节能力不足。随着分布式电源渗透率逐渐提高,系统扰动时这种不足对配电网稳定运行的影响越来越严重。为解决这一问题,以虚... 详细信息

逆变型分布式电源作为分布式电源并网的主要形式,其控制精确且响应迅速,但因缺少惯性,面对外界频率扰动时动态调节能力不足。随着分布式电源渗透率逐渐提高,系统扰动时这种不足对配电网稳定运行的影响越来越严重。为解决这一问题,以虚拟同步发电机控制原理为基础,提出一种自适应惯性频率控制策略,在受到频率扰动后根据频率波动范围自适应调节虚拟惯量,提高逆变型分布式电源在上级系统频率扰动时的动态调节特性以及运行稳定性。基于虚拟同步电机三层控制策略,建立以并网公共母线角频率波动为输入、微电源角频率偏差为输出的传递函数模型,研究外界频率干扰时虚拟惯量对微电源输出频率特性与稳定性的影响机理;根据机理分析结果以及储能配置约束,提出自适应惯量上下限以及控制灵敏因子的选取方法。基于PSCAD/EMTDC建立虚拟同步电机控制型光储系统仿真模型,验证配电网不同类型频率扰动下自适应惯性控制型微电源的稳定性与响应能力。与固定惯量对比,所提控制策略兼顾超调量小和响应迅速的特点,控制效果良好。

关键词：自适应惯性虚拟同步电机逆变型分布式电源稳定性机理频率扰动

基于虚拟同步电机技术的VSC-HVDC整流侧建模及参数设计

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中国电机工程学报 2017年第2期37卷 534-543页

作者：高丙团夏超鹏张磊陈宁东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院) 江苏省南京市210003

在传统控制方式下,柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统换流站难以有效参与电网动态调节,而虚拟同步电机技术通过合适的控制设计使得换流器单元能够为系统提供惯性支撑,已引起广泛... 详细信息

在传统控制方式下,柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统换流站难以有效参与电网动态调节,而虚拟同步电机技术通过合适的控制设计使得换流器单元能够为系统提供惯性支撑,已引起广泛关注。首先结合VSC-HVDC系统数学模型,分析换流站等效为同步电机的可行性,给出基于虚拟同步电机技术的换流站控制方案。其次,针对整流侧换流站,在动态过程中将逆变侧等效为一个恒功率负载,建立虚拟同步电机内环和电压外环的小信号数学模型,分析并给出一种系统化的控制参数设计方法。最后,通过仿真分析验证文中理论分析的正确性和参数设计方法的有效性。

关键词：柔性直流输电虚拟同步电机整流站小信号模型参数设计

基于虚拟同步电机的交直流混合微电网控制策略

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中国电机工程学报 2017年第2期37卷 424-432页

作者：林子杰卫志农孙国强孙永辉赵悦赵景涛河海大学能源与电气学院江苏省南京市210098 国电南瑞科技股份有限公司江苏省南京市210061

交直流混合微电网中,由一台或多台联络换流器(interfacing converter,IFC)实现交、直流网络之间的能量传递,分布式电源的效率以及系统的稳定性很大程度取决于IFC的控制策略。传统基于电压环、电流环结构的IFC控制策略存在弱电网下稳定... 详细信息

交直流混合微电网中,由一台或多台联络换流器(interfacing converter,IFC)实现交、直流网络之间的能量传递,分布式电源的效率以及系统的稳定性很大程度取决于IFC的控制策略。传统基于电压环、电流环结构的IFC控制策略存在弱电网下稳定性差、需要交流电源提供参考正弦电压等问题。针对这些问题,该文利用直流网络电压与虚拟转速归一化后的差值作为虚拟机械力矩,提出一种基于虚拟同步发电机技术的IFC控制策略。通过建立其小信号模型来证明所提控制策略的稳定性对参数的选取不敏感,有较强的鲁棒性。最后,利用PSCAD/EMTDC在孤岛情况下对所提算法进行测试,测试结果表明,所提算法能有效改善被动孤岛过程中的动态性能,同时能较好地实现交、直流电源输出功率分配以及联络换流器之间的均流。

关键词：虚拟同步电机混合微电网联络换流器小信号模型