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采用vsg控制的T型三电平通用平均电路模型

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电源学报 2023年

作者：李先允程煜程爽梁自鑫郑雨萱南京工程学院电力工程学院

采用传统的三相PWM逆变的构网型光伏系统存在谐波大、效率低等问题，并且目前针对构网型vsg控制的主要建模研究没有考虑逆变器拓扑本身和多电平变流器对系统稳定性的影响。T型三电平具有谐波小、开关损耗小等优点，因此提出了一种应用... 详细信息

采用传统的三相PWM逆变的构网型光伏系统存在谐波大、效率低等问题，并且目前针对构网型vsg控制的主要建模研究没有考虑逆变器拓扑本身和多电平变流器对系统稳定性的影响。T型三电平具有谐波小、开关损耗小等优点，因此提出了一种应用于构网型vsg的通用T型三电平状态空间平均模型，通过将电路中的开关器件平均后利用受控源代替形成等效受控源电路，并建立完整的状态空间方程进行稳定性分析，最后通过仿真与实验验证所建等效受控源模型与实际电路的适应性。结果表明，基于受控源的vsg数学模型，其输出特性与实际模型一致，且具有良好的稳定性。

关键词： vsg控制 T型三电平等效受控源法动态建模参与因子法

孤岛模式下基于线性自抗扰vsg控制的频率支撑技术

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电网与清洁能源 2023年第7期39卷 17-26页

作者：赵旭阳郭昆丽吕家君白阳刘璐雨蔡维正西安工程大学电子信息学院陕西西安710600 国网四川省电力公司乐山供电公司四川乐山614000

分布式电源通过逆变器并网时采用了虚拟同步发电机控制来模拟同步发电机的输出特性,但在孤岛模式运行时,负载突变会导致系统的有功变化,引起频率突变。针对此问题提出基于线性自抗扰控制的二次频率调整控制策略。考虑锁相环的动态影响建... 详细信息

分布式电源通过逆变器并网时采用了虚拟同步发电机控制来模拟同步发电机的输出特性,但在孤岛模式运行时,负载突变会导致系统的有功变化,引起频率突变。针对此问题提出基于线性自抗扰控制的二次频率调整控制策略。考虑锁相环的动态影响建立vsg频率控制三阶系统模型,设计三阶线性自抗扰控制器,并进行参数整定优化。系统频率受到扰动时,通过调节使得系统频率恢复到稳定状态。在仿真软件中验证了所提方法有更好的响应性能,更短的调节时间。

关键词：分布式电源 vsg控制线性自抗扰控制二次调频

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用于储能变流器的改进型vsg控制方法

电力建设 2018年第4期39卷 126-132页

作者：杨波冯鑫振王德顺余涛张宸宇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有限公司) 北京市100192 中国电力科学研究院江苏省储能变流及应用工程技术研究中心南京市210003 国网常州供电公司江苏省常州市213003 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院南京市211103

文章提出一种改进型虚拟同步机(virtual synchronous generator,vsg)控制方法应用于交流微网环境下的储能变流器。针对传统vsg存在的有功功率振荡问题,加入虚拟电抗模块,以实际同步机的典型直轴暂态电抗为目标值来调节vsg对外表现电抗,... 详细信息

文章提出一种改进型虚拟同步机(virtual synchronous generator,vsg)控制方法应用于交流微网环境下的储能变流器。针对传统vsg存在的有功功率振荡问题,加入虚拟电抗模块,以实际同步机的典型直轴暂态电抗为目标值来调节vsg对外表现电抗,提高系统的阻尼系数,实现有功功率振荡的抑制。针对传统vsg存在的无功功率分配不合理问题,提出采用稳定的交流母线电压作为励磁控制的参考值,给出通过机端电压以及线路参数估算母线电压的方法,并分析选取合适的下垂系数,实现有功和无功功率解耦,且输出无功功率能够按各机容量比精确分配。最后使用M ATLAB/Simulink平台进行仿真,将该方法与传统vsg控制进行对比,验证所提控制策略的有效性与优越性。

关键词：储能变流器 vsg控制虚拟电抗母线电压估计

基于vsg微网储能变流器无缝切换控制策略研究

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控制工程 2021年第3期28卷 488-494页

作者：朱作滨黄绍平江西工程学院人工智能学院江西新余338800 湖南工程学院电气与信息工程学院湖南湘潭411100

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用P/Q控制和vsg控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰... 详细信息

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用P/Q控制和vsg控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器。通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以及系统的各种扰动;将扰动估计值补偿给P/Q控制器和vsg控制器切换过程中的突变量,从而抑制切换过程中的电压、电流波动。最后,建立基于LADRC的储能变流器无缝切换仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。

关键词：储能变流器 P/Q控制 vsg控制线性自抗扰控制器

基于vsg逆变与模糊滑模的微电网平滑切换控制策略研究

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基于VSG逆变与模糊滑模的微电网平滑切换控制策略研究

作者：陈亚菲西南交通大学

学位级别：硕士

随着对微电网控制技术研究的深入,对于微电网的运行要求也在逐步提高,微电网能有效的实现双模式运行已成为了基本要求。为了适应微电网的双模式运行特性,不仅要保证微电网在两种不同的运行模式下能安全稳定的运行,同时也要求在两种不同... 详细信息

随着对微电网控制技术研究的深入,对于微电网的运行要求也在逐步提高,微电网能有效的实现双模式运行已成为了基本要求。为了适应微电网的双模式运行特性,不仅要保证微电网在两种不同的运行模式下能安全稳定的运行,同时也要求在两种不同运行模式的切换过程不会对系统造成不利影响,即所选择的控制策略,需要在一定程度上,满足对微电网并网转孤岛和孤岛转并网运行模式间的平滑切换。结合当下的能源需求和技术研究热点,对含多种不同微电源的风光储综合微电网在不同运行模式下的控制策略进行研究,有着重要的现实意义和作用,本文的主要研究内容如下:（1）分别对风力发电系统、光伏发电系统和储能系统三个分布式电源的工作原理进行分析,建立对应的数学模型,并选择相应的控制方式,在Matlab/Simulink环境下搭建对应的仿真模型。其中,光伏发电系统采用扰动观察法实现最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制;风力发电系统采用微距变桨的闭环控制实现风能的MPPT;为实现能源的双向流动,储能系统采用Buck/Boost双向DC-DC变换器作为控制系统基础结构,并通过预测电流控制策略来实现其充放电过程,从而达到使微电网系统内部运行稳定的目的。最后将所搭建的三个分布式电源整合为一个完整的微电网系统,通过设置相应的参数,使所设计的微电网系统能独立稳定的运行。（2）借鉴同步发电机的理想模型,设计搭建了vsg控制的整体系统模型,对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,vsg）控制原理展开详细的分析,并在MATLAB/Simulink中搭建相应的仿真模型。同时对vsg控制的静态稳定性展开分析,讨论vsg控制算法中关键参数对系统稳定性的影响,为仿真实验中参数的选取提供参考依据。为了提高系统的鲁棒性和响应速度,结合模糊滑模变结构控制（Fuzzy Sliding Mode Control,FSMC）,对vsg控制策略进行改进设计。通过仿真分析,验证了所设计的控制方式和对控制方式所做改进设计的正确性。（3）将所搭建的风光储综合微电网与vsg控制相结合。在孤岛转并网运行过程中,考虑到需满足并网预同步条件,才能成功实现孤岛转并网运行模式的平滑切换,提出基于vsg控制的预同步控制策略,并完成相应控制器的设计。通过对所搭建的模型在两种不同运行模式切换的仿真结果进行对比,进一步验证了所搭建微电网系统的合理性与vsg控制在平滑切换控制过程中的可行性。

关键词：风光储微电网 vsg控制模糊滑模控制平滑切换

基于vsg特性与谐波抑制的并网逆变器控制策略研究

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基于VSG特性与谐波抑制的并网逆变器控制策略研究

作者：何桂欣河北工业大学

学位级别：硕士

大量分布式能源接入电网,降低同步发电机(Synchronous Generator,SG)占比,增大系统电力电子化程度,使系统出现电能质量差、惯量阻尼不足等特征。而且,分布式能源的接入点大多为配电网的末端,接入点的谐波含量高,电能质量差。因此,本文... 详细信息

大量分布式能源接入电网,降低同步发电机(Synchronous Generator,SG)占比,增大系统电力电子化程度,使系统出现电能质量差、惯量阻尼不足等特征。而且,分布式能源的接入点大多为配电网的末端,接入点的谐波含量高,电能质量差。因此,本文提出一种基于虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,vsg)特性与谐波抑制的并网逆变器控制策略。首先,从并网逆变器的数学模型出发,提出双环控制方案。内环控制采用电压电流双闭环控制,来提高逆变器输出的电能质量,外环控制采用vsg控制,保证功率恒定,使并网逆变器表现出同SG一样的外特性。阐述逆变器内环谐波抑制控制方法,以及外环vsg控制方法,为并网逆变器谐波抑等电能质量治理功能和vsg特性的实现奠定了基础。其次,为实现逆变器谐波抑制功能,研究基于串并联复合控制的逆变器内环谐波抑制方法。针对谐波和无功功率不足的问题,采用电流检测法快速提取谐波和无功分量,并进行指令电流的合成。在传统光伏系统基础上,提出一种基于串并联复合控制的逆变器内环控制方法,实现对谐波和无功的同步补偿。并对谐波电流补偿、无功功率补偿、谐波与无功混合补偿三种模式进行仿真,验证了串并联复合控制方法的可行性。然后,为实现逆变器vsg特性,研究基于vsg的逆变器外环解耦控制方法。基于vsg的有功-频率控制和无功-电压控制环节,从三种线路阻抗外特性下分析vsg功率耦合机理。从不同角度分析功角变化对无功环节的影响,设计修正环节,提出一种基于改进无功环的vsg解耦控制策略。建立仿真模型,仿真结果说明该解耦控制方法可以实现有功无功的解耦,提高无功功率动态响应速度,抑制有功功率及无功功率振荡,保证电压稳定。最后,进行并网逆变器仿真验证及实验设计。建立并网逆变器的仿真模型,对提出的改进型并网逆变器内环及外环控制方法进行仿真验证及分析,结果表明改进型逆变器可同时具有vsg调频调压特性、谐波抑制与无功补偿功能。为进一步验证逆变器的谐波及无功补偿功能,以DSPTMS320F28035为核心,搭建实验平台,结合第三章提出的理论和控制策略,通过电路输出的波形进行谐波及无功补偿的相关验证。

关键词：并网逆变器双环控制系统谐波抑制 vsg控制解耦控制

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微网无缝切换控制策略研究

智慧电力 2020年第5期48卷 53-59页

作者：马宏涛周博昊贺亚慧白海滨李凤婷国网新疆昌吉供电公司新疆昌吉831100 可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心新疆大学新疆乌鲁木齐830047

为缓解微网模式切换时带来的电压、电流冲击,通过对微网无缝切换关键技术分析,提出基于频率扰动的微网有差预同步控制方案.为保证储能逆变器控制策略同步平滑切换,提出了基于vsg及电流权值调节的无缝切换控制策略.为实现控制策略的软转... 详细信息

为缓解微网模式切换时带来的电压、电流冲击,通过对微网无缝切换关键技术分析,提出基于频率扰动的微网有差预同步控制方案.为保证储能逆变器控制策略同步平滑切换,提出了基于vsg及电流权值调节的无缝切换控制策略.为实现控制策略的软转换,令vsg控制与PQ控制共用电流内环,并通过电流权值调节2种控制策略的外环参考电流实现平滑过渡,保证了控制策略与PCC点开关的同步切换,避免了物理开关切换造成的电压、电流冲击,有利于微网的稳定运行.仿真验证了所提控制策略可行性和有效性.

关键词：无缝切换 vsg控制预同步控制权值调节

双有源全桥DC-DC变换器与三相逆变器级联系统稳定性研究

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双有源全桥DC-DC变换器与三相逆变器级联系统稳定性研究

作者：李继成北京交通大学

学位级别：硕士

大力发展可再生能源是解决能源短缺问题的必然途径,借助交直流微电网将可再生能源汇集利用成为研究热点之一。交直流微电网实现电能变换及电压等级的灵活转换通常需要不同的电力电子变换器级联,但级联变换器之间相互作用会给系统的稳定... 详细信息

大力发展可再生能源是解决能源短缺问题的必然途径,借助交直流微电网将可再生能源汇集利用成为研究热点之一。交直流微电网实现电能变换及电压等级的灵活转换通常需要不同的电力电子变换器级联,但级联变换器之间相互作用会给系统的稳定性造成不利影响,降低电能质量及安全性。双有源全桥DC-DC（Dual active bridge,DAB）变换器电压变换灵活、硬件结构简单、性能可靠安全,其与三相逆变器级联适用于中大功率场合,在交直流变换环节中应用广泛,提高此级联系统的稳定性是十分必要的,基于此目的,本文开展了涵盖如下内容的研究。首先,对级联系统稳定性方面的研究现状进行了概括总结,包括鉴别方法和改善方法,阐述了逆变器控制策略与建模方法的应用场景。剖析了DAB变换器与三相逆变器的拓扑、工作原理及数学模型,为变换器阻抗建模作基础。其次,逆变器采用应用广泛的PQ控制,根据拓扑及控制环路,利用小信号模型方法对DAB变换器、逆变器进行建模,推导出端口输入、输出阻抗表达式。以此分析了DAB变换器与逆变器阻抗交互作用机理及影响因素,采用一种改进协调优化控制。该改进策略不仅可以抑制逆变器并网冲击,还可改变逆变器在低频表现出的负阻抗特性,对阻抗进行重塑,有效提升功率突变及方向翻转时此级联系统的稳定性。再者,虚拟同步机（Virtual synchronous generator,vsg）控制对PQ控制进行诸多改进,可以弥补大量电力电子装置投入带来电网惯性、阻尼下降的问题,针对vsg控制,本文综合考虑拓扑、控制环路、坐标变换对阻抗建模的影响,推导出vsg输入阻抗模型。同时建立了vsg并网小信号模型,分析影响并网稳定性的因素,然后利用伯德图和奈奎斯特曲线图分析了阻抗的影响因素,采用了有源阻尼补偿策略对逆变器阻抗进行调整,有效提升级联系统稳定裕度,仿真验证了策略的有效性。最后,研制并搭建了DAB变换器及三相逆变器实验平台,进一步对有源阻尼补偿策略进行验证,结果证明了理论的正确性与有效性。

关键词： DAB变换器 PQ控制 vsg控制级联稳定小信号模型有源阻尼

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多场景应用储能变流器运行控制技术研究

多场景应用储能变流器运行控制技术研究

作者：张国平中国矿业大学

学位级别：硕士

储能系统通过一定的媒介和方式,将电能储存起来,在需要时通过能量转换或发电将其释放出来。PCS为储能系统与外部接口,不同应用场景对PCS提出不同要求,其中精准功率控制和并网非计划性孤岛平滑切换在电网电压存在波动的背景下具有矛盾性... 详细信息

储能系统通过一定的媒介和方式,将电能储存起来,在需要时通过能量转换或发电将其释放出来。PCS为储能系统与外部接口,不同应用场景对PCS提出不同要求,其中精准功率控制和并网非计划性孤岛平滑切换在电网电压存在波动的背景下具有矛盾性,传统的一种控制策略无法解决这个矛盾。针对储能领域缺乏相关标准,PCS很难兼容多种应用场景问题,本文以双级式储能变流器为对象,对其运行控制技术进行研究,设计一种能够满足多场景应用要求的PCS。首先,建立三电平双向DC-DC变换器小信号模型,研究其母线电压控制策略、中点电位平衡控制策略和调制方法,设计主电路和控制电路参数。建立双级式PCS后级DC-AC模块两相旋转坐标系数学模型。建立同步发电机数学模型,给出vsg算法与传统同步发电机等效实现过程。研究预同步方法,实现vsg控制的PCS离并网平滑切换。针对并网模式下基于vsg控制PCS存在电网波动导致功率控制不准和无功功率控制存在静差问题,本论文研究了一种改进vsg控制方法,通过前馈电网频率和电压幅值以及在无功控制环路中增加电容电压闭环,在不影响离并网切换性能的基础上,有效抑制了电网波动对功率控制的影响以及无功功率控制的静态误差。分别建立传统vsg控制和改进vsg控制的电网电压波动功率小信号模型,对比分析两种情况下的系统性能,并进行了仿真研究,验证本论文所提方法的正确性和有效性。最后,搭建实验平台,完成双级式PCS实验研究。验证前级三电平双向DCDC变换器电容电压控制策略、调制方法、中点电位平衡控制策略、后级DC-AC模块离并网平滑切换方法、改进vsg控制方法的有效性和可行性。

关键词：微网双级式PCS 中点电位平衡 vsg控制并网功率控制