虚拟同步机

摘要： 虚拟同步机(VSG)因集成了传统同步机的运行机制以及电力电子设备控制灵活、响应迅速等优势,成为当前并网技术研究的热点。随着分布式能源大规模接入电网,传统的VSG控制技术已无法满足电网接入的要求。此处综合考虑风电、光伏等新能源出力的随机波动性、逆变器控制策略对电网频率的影响,以及不同工况下电网对转动惯量的需求,提出了一种计及VSG输出功率、频率调节以及虚拟转动惯量等多参量的自适应控制策略,实现了VSG自主参与电网调频以及并/离网切换运行,同时具有优良的暂态特性。最后通过500 kW VSG实验样机对上述各环节的自适应控制可行性和正确性开展了实验验证。

摘要： 虚拟同步机技术通过模拟传统同步发电机特性,使采用变流器的电源具有同步机组的惯量、阻尼、频率和电压调整等运行外特性,是解决新能源发电接入电网稳定运行的重要技术手段。提出一种用于机电暂态的虚拟同步机控制储能建模方法。该储能模型包括虚拟同步机控制、储能限制模块和模型接口模块,并考虑虚拟同步机定转子方程和储能充放电功率、荷电状态、运行效率、死区及逆变器限制特性。基于电力系统分析综合程序,采用用户自定义方式搭建模型。以IEEE 4机2区域和河南电网为例进行模型有效性验证,结果表明了所提建模技术相比于传统方法的优势。

摘要： 虚拟同步机控制策略是解决新能源并网惯性缺失问题的有效手段,但其控制系统中存在的振荡环节使分布式电源并网过程中的谐波含量更高、成分更加复杂。针对虚拟同步机控制系统的谐波抑制问题,文章首先从虚拟同步机控制机理出发,仿真分析非线性负载条件下系统的谐波特点;在此基础上,提出一种基于虚拟同步机控制的分频下垂谐波抑制策略,其通过分频谐波提取技术提取主要谐波成分,分别对各次主要谐波成分进行高斜率下垂控制,快速清理并网逆变器输出的谐波,让逆变器在传输功率的同时具有抑制特定次谐波的能力。本研究在Matlab/Simulink仿真平台构建了虚拟同步机控制系统仿真模型,分别提取系统中的3次和5次谐波进行谐波下垂控制,将各次谐波下垂控制的输出与基波域虚拟同步机控制的输出相叠加以获得逆变器的输入,并对系统进行稳定性分析,选取满足系统稳定运行的下垂系数。仿真结果表明,采用该策略后,系统在分布式电源并网过程中没有功率突变行为,很好地实现了虚拟同步机控制系统并网惯性;同时,相比传统逆变器控制策略,该策略能更好地抑制谐波,电压谐波含量从31.36%下降到3.91%,电流谐波含量从50.24%下降到7.04%。

摘要： 在独立混合微电网中的交直流母线接口变流器采用虚拟同步机控制策略来提高变换器的惯性与阻尼,从而提高系统稳定性,但是该策略牺牲了系统的动态调节性能。针对这个问题,提出适用于交直流母线接口变流器的虚拟同步机参数自适应控制策略。分析了微网的瞬时功率平衡特性,采集直流母线电压及系统无功功率,考虑虚拟阻抗,以此提出主体虚拟同步机控制策略,在此基础上对转动惯量与阻尼系数进行自适应控制,从而得到完整控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真分别对比了在整流和逆变两种模式下的自适应转动惯量和阻尼系数虚拟同步机控制策略与固定参数的虚拟同步机控制策略的控制效果。验证了自适应控制策略不仅可以给直流电压与交流频率提供惯性,还可以有效减缓频率骤降并提高频率恢复速率,提高混合微电网系统运行时的抗扰动能力。

摘要： 为了改善功率电子逆变器存在的低惯性和欠阻尼特性,以及提升微网系统的稳定性,提出了一种基于虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的微网系统控制策略。首先,在传统的功率电子逆变器中引入VSG技术,增加逆变器的虚拟惯性,增强系统的调节能力,并将滑模控制引入到系统的角速度和转矩误差中,起到提升系统鲁棒性的作用。然后,使用参数自适应控制,根据系统状态的变化调整系统的不确定参数,并结合投影算子对参数的范围进行限制;通过引入预设性能控制(prescribed performance control,PPC),对系统的滑模面进行相应的误差转换,以实现期望的滑模面动态响应,限制系统跟踪误差,并通过Lyapunov方程验证所提控制策略的可行性。最后,在MATLAB/Simulink中进行基于VSG的微网系统仿真实验。结果表明,所提控制策略具有较好的抗干扰性能和鲁棒性能。

摘要： 针对虚拟同步机(VSG)的同步频率谐振(SFR)现象,鉴于多输入多输出功率耦合模型的不足,通过建立可描述VSG宽频域动态特性的单输入单输出序阻抗模型,提出一种基于序导纳和序阻抗的SFR分析方法,并对单环和多环控制VSG的SFR现象进行对比研究。基于序导纳的极点分布,有效研究SFR与VSG功率环控制参数、虚拟阻抗、内环控制及电网阻抗之间的关系;基于序阻抗的频率特性曲线,对比内环控制引入前后SFR的阻尼特性,从“负阻尼”的角度揭示单环和多环控制VSG的SFR谐振机理;搭建基于RT-Box的实验平台,验证VSG在不同控制方案及不同电网阻抗下的SFR现象,指明VSG控制的优化设计方向。

摘要： 当虚拟同步机(VSG)孤岛运行时,不平衡负载的接入会导致其输出电压不平衡。首先分析了不平衡负载条件下VSG输出电压不平衡的机理,提出了基于PR和PI复合控制的VSG电压环路控制方法;其次,考虑到VSG输出电流的d,q轴分量在负载不平衡时含有二倍频波动分量,导致VSG定子电气方程输出电压的d,q轴指令呈现二倍频波动,提出采用电压环PI调节器输出电流指令作为定子电气方程的电流输入;再次,针对不平衡负载条件下有功功率和无功功率含有二倍频分量问题,提出一种采用电压环PI调节器输出电流指令的功率直流分量提取方法;最后,仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。

摘要： 虚拟同步发电机技术能为微电网频率稳定提供虚拟惯量,而微电网运行时会存在大量不对称负荷,为补偿不平衡负载,输出三相对称电压电流,提出一种改进的基于虚拟同步机控制策略。在双二阶广义积分器中引入一个可调节系数λ,使输出的三相不对称电压能够准确分离出正、负序电压和电流,并提取出电压电流幅值、频率、相角信息,使输出电压达到三相平衡。电流控制采用一种基于dq坐标系的分序控制,使三相不平衡电流输出平衡。最后在Matlab/Simulink仿真平台和HIL硬件在环实验平台中通过对比传统虚拟同步控制策略和改进后虚拟同步控制策略,验证了所提控制策略的有效性和正确性。

摘要： 限流策略、源源交互、故障及负荷水平多变等因素使得快速准确评估多虚拟同步机(VSG)微电网的暂态稳定性十分困难。针对现有难题,提出了基于深度学习的多VSG微电网在线暂态稳定评估方法。首先,通过分析VSG控制特性、电流限幅器、故障程度、负荷水平对系统稳定性的影响,以系统动态参数为主、稳态参数为辅,构建了一组具有强表征能力、可避免维数灾难的原始特征集。基于此,应用深度前馈神经网络及Levenberg-Marquardt算法,提出了多VSG微电网暂态稳定非线性评估模型。在多VSG微电网中的验证结果表明,相比现有方法,所提方法极大地提高了在线暂态稳定评估的准确率,可快速实现多VSG微电网在复杂工况下的稳定性准确判别,具有良好的评估性能。

摘要： 传统虚拟同步机并网模型将直流侧等效为理想的直流电压源,难以匹配风电、光伏等动态特性复杂的分布式电源。为准确表征源端为直驱风机的虚拟同步机动态特性,首先建立了虚拟同步直驱风机并网系统的精细化小信号模型。在此基础上结合参量根轨迹和主导状态变量,分析了模型参数对稳定性的影响。随后,针对重合特征根提出基于运动轨迹差异的误差衡量指标,对比分析了传统虚拟同步机与虚拟同步直驱风机并网模型所得特征根的差异性。结果表明传统虚拟同步机并网模型因无法涵盖与直驱风机运行特性有关的主导特征根,在直驱风机惯量不匹配、频率下降或者线路阻抗变化时,稳定性分析不准确。最后,搭建虚拟同步直驱风机并网系统仿真模型,进一步验证了所提模型的精确性和结论的准确性。

摘要： 虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)因集成了传统同步机的运行机制以及电力电子设备控制灵活、响应迅速等优势,成为当前并网技术研究的热点.随着分布式能源大规模接入电网,传统的VSG控制技术己无法满足要求.考虑风电光伏等新能源的不可控性,逆变器控制策略对电网频率的影响,以及不同工况下电网对转动惯量的需求,结合自适应控制,介绍了三种虚拟同步机的自适应控制策略.提高了虚拟同步机的灵活性,可拓展性以及可靠性.

摘要： 在贯通式牵引供电系统中,通过逆变器向牵引网传输的电能比重较大,为了实现多逆变器的协调工作以及改善逆变器组网特性,本文研究了基于虚拟同步机理论的贯通式牵引供电系统并网控制.利用二阶广义积分法构造三相坐标系,通过对同步发电机二阶模型进行分析,建立单相虚拟同步机控制模型.本文利用Matlab/Simulink软件搭建了基于虚拟同步机理论的贯通式牵引供电系统仿真,并搭建了基于FPGA的小功率实验平台,分析验证了该控制方法的正确性.

摘要： 虚拟同步机技术是指通过模拟同步机组的机电暂态特性,使采用变流器的电源或负荷具有同步机组的惯量、阻尼、频率和电压调整等运行外特性的技术.在新能源、可控负荷及其并网变流器大量接入电网的条件下,提出了负荷虚拟同步机双模控制方式,应用虚拟同步电动机技术的可控负荷可感知电网的状态,自动调整吸收功率的快慢,变“切负荷”为降功率运行,从而达到辅助电网故障穿越的目的.在火电机组仍为调频主力机组的背景下,虚拟同步机技术实际上加强了电网与新能源和可控负荷的联系,有助于提高新能源/可控负荷的生存能力,有助于共同维持系统的稳定运行.搭建了基于EMTDC/PSCAD的仿真模型,设计了样机,仿真和实验结果验证了所提方法及控制策略的正确性和有效性.

摘要： 随着新能源的开发，微电网在未来电力发展中将会占据越来越重要的位置，对微电网孤岛和并网运行的研究会有很大的现实意义本文运用类比的思想，将同步发电机二阶数学模型和控制方法，类比到微电网并网逆变器的控制策略中，设计了虚拟调速器和虚拟励磁系统，使逆变器能克服电力电子器件带来的缺点，较好的模拟出同步发电机的外特性。通过仿真验证了使用虚拟同步机控制策略的逆变器能够较好的模拟同步发电机的特点。对于如何对逆变器并网时预并列控制、多台并联逆变器合理分配功率及优化设计参数等问题，有待进一步研究与探索。

摘要： 本发明公开了一种基于虚拟压降的虚拟同步发电机低电压穿越方法及系统，当电网电压发生跌落的时候，将功率控制环由常规虚拟同步模式转入冻结模式，保证系统的稳定性，并通过附加虚拟故障压降，使得调制波等于内电势与虚拟故障压降的差值，可以抑制故障发生时的过电流，同时逆变器可以输出满足国标要求的无功功率，有助于电网电压的恢复。当电压恢复正常后，功率控制环由冻结模式转为恢复模式，同时为了抑制故障恢复时的暂态电流，附加虚拟恢复压降，使得调制波等于内电势与虚拟恢复压降的差值。该策略有无电流内环的控制结构皆适用，不需要进行模式切换，即可实现虚拟同步发电机的低电压穿越。

摘要： 本发明涉及一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：步骤S1：提出改进的VSG无功电压环控制回路，在原有的VSG无功控制回路加入了积分环节，使输出电压变化的动态响应过程具有一定的惯性，其次将输出电压偏差量经虚拟阻尼反馈到输入端的传输通路，以实现电压的无差控制；步骤S2：根据电网运行标准，首先对稳态虚拟阻尼量进行整定计算；其次在输出电压恢复至稳态值的过程中，根据输出电压变化率与电压偏差量之间乘积的变化规律，对虚拟阻尼进行自适应控制，以进一步加快电压的动态响应速度。本发明根据输出电压变化率与电压偏差量的变化规律，无功环中虚拟阻尼可以自适应地变化调节，进一步改善了系统电压的稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于虚拟并联电阻的虚拟同步机的LC谐振抑制方法，属于分布式发电逆变器控制及电力电子技术领域。应用该控制方法的虚拟同步机的并网拓扑结构包括直流侧电压源、三相逆变器、三相线路阻抗和三相电网。所述方法通过虚拟同步机控制、虚拟并联电阻控制，在不损失可再生能源发电功率，不增加额外硬件成本的前提下，抑制虚拟同步机LC谐振，改善虚拟同步机并网电能质量。

摘要： 本发明属于变流器控制技术领域，具体涉及一种利用动态虚拟阻抗代替模拟转子摇摆方程中的阻尼项为虚拟同步机提供阻尼效应的控制方法，模拟了同步发电机的暂态电抗和次暂态电抗的正阻尼作用，即在频域下提供了滞后相位来为系统提供正向阻尼转矩，克服了现有技术的不足，避免了虚拟同步机模拟转子摇摆方程中阻尼项所带来的下垂效应的问题，改善了动态性能，提升了系统的稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于虚拟同步机思想的风机虚拟同步机改造方法，涉及风机虚拟同步机技术领域，通过分析多种变速风机的运行特性判断变速风机是否能进行虚拟同步机改造；选择能够进行虚拟同步机改造的变速风机进行策略分析，根据分析结果设置虚拟同步机控制，从而完成对风机虚拟同步机改造。应用虚拟同步机技术的新能源机组通过合理配置虚拟同步机控制参数，可以改变设备频率响应特性并具有调节系统电压、频率，提供阻尼等功能，从而参与系统动态调节，在一定程度上可提高电网的运行安全稳定水平。采用虚拟同步发电机技术为新能源友好型并网模式提供了新的解决思路。

摘要： 本发明涉及一种虚拟同步机自适应调节方法，包括：接收功率差值，功率差值为电磁功率与功率参考值的差值；对功率差值进行模糊化处理，以得到功率差值模糊值；根据功率差值模糊值和模糊控制规则计算阻尼系数和惯量系数的模糊解；对阻尼系数和惯量系数的模糊解进行解模糊计算，输出阻尼系数和惯量系数的精确解。通过采用模糊控制算法，以电磁功率P

摘要： 本发明公布了一种虚拟同步机电流谐波抑制方法及虚拟同步机控制系统。本发明在传统电压控制型虚拟同步机控制算法的基础上，提取三相电流谐波信息，通过比例微分(PD)调节器前馈至调制波，达到降低虚拟同步机交流侧的电流谐波，改善电流质量的目的。考虑到谐波电流的直接提取困难，本发明采用广义二积分法(SOGI)提取谐波电流，可以有效抑制输入电流信号的高频噪声，快速准确地提取谐波电流。

摘要： 本发明公开了一种基于分段自适应虚拟惯量的虚拟同步机频率调节方法，属于电力电子技术领域。该调节方法通过虚拟同步机双闭环控制方法、基于加权系数的分段自适应虚拟惯量控制方法，在不引入高频噪声不利影响的前提下，结合大惯量和小惯量的优点实现对虚拟同步机虚拟惯量的自适应控制，提高了虚拟同步机的调频性能和对电网的频率支撑能力。

摘要： 本发明公开了一种基于虚拟并联电阻的虚拟同步机的LC谐振抑制方法，属于分布式发电逆变器控制及电力电子技术领域。应用该控制方法的虚拟同步机的并网拓扑结构包括直流侧电压源、三相逆变器、三相线路阻抗和三相电网。所述方法通过虚拟同步机控制、虚拟并联电阻控制，在不损失可再生能源发电功率，不增加额外硬件成本的前提下，抑制虚拟同步机LC谐振，改善虚拟同步机并网电能质量。

摘要： 本发明提供了一种虚拟同步机虚拟功角确定方法及装置，所述方法包括：利用预先建立的虚拟同步机接入无穷大系统的数字仿真模型及虚拟同步机的数学模型，获取虚拟同步机的输出三相电压、输出三相电流及母线三相电压；根据虚拟同步机的输出三相电压及输出三相电流，确定虚拟同步机的有功功率；根据预设的有功功率参考值及虚拟同步机的有功功率，确定虚拟同步机的虚拟转子角；根据母线三相电压确定母线电压相角，根据母线电压相角及虚拟转子角，确定虚拟同步机相对于无穷大系统母线的虚拟功角。本发明明确了虚拟同步机虚拟功角的物理意义，由此实现直观观测虚拟同步机功角，可用于虚拟同步机接入电力系统的暂态特性分析。