虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略
发布时间：2021-08-10 18:23
伴随着分布式能源渗透率的逐渐提高,电力系统中的转动惯量相对减小,严重影响到系统安全稳定运行。其中虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）因具备同步发电机的相关特性而备受关注。针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡,从而引起下垂特性的变化的情况,在对动静态功率耦合机理分析的基础上,提出基于虚拟稳态同步负阻抗的功率解耦策略,更好地消除了功率环间的耦合作用。通过建立基于所提出的VSG新型功率解耦策略的全局状态空间小信号模型,证明了该解耦策略的有效性。最后,搭建了基于解耦策略的VSG实验平台。通过实验结果验证了所提解耦策略的有效性,消除了功率环间的耦合作用,增强了VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(18)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
阻感条件下输出功率变化曲线
是额定角频率。模拟同步发电机的转子惯性公式为smesddJPPDt(2)式中：eP为输出有功功率；J为虚拟转动惯量；D为阻尼系数。因此，综合式(1)、式(2)，有功功率控制环可以表示为erefssddPPDKJt(3)无功功率控制环如图2(b)所示。其中电压调节特性可由Q-E下垂控制模拟，故无功功率控制环可用式(4)表达。refqrefQQnEE(4)式中：nq为Q-E下垂系数；Eref为输出电压额定幅值；Q为输出无功功率。图2功率控制框图Fig.2Powercontrolblockdiagram2VSG控制的功率耦合问题2.1VSG控制的稳态功率耦合已知VSG所存在的稳态功率耦合问题由线路阻抗造成，图3为其接到交流电网的等效电路图。图3VSG连接到交流电网的等效电路Fig.3EquivalentcircuitofaVSGconnectedtoanACbus如图3所示，若仅考虑线路阻抗影响时，逆变器传输的有功功率和无功功率分别为2(EVcosδV)cosαEVsinδsinαPZ(5)2(EVcosδV)sinαEVsincosδαQZ--(6)式中：δ为VSG内电势E与交流母线PCC处线电压V的相角差，线路阻抗为LLLZRjX；α为线路阻抗的阻抗角。当线路阻抗为阻感性时采用传统下垂控制会产生功率耦合，将VSG输出电压与相角作为自变量，分别分析其对系统有功功率与无功功率的耦合影响程度；如图4所示，在线路阻抗呈阻感性时，输出电压和相角差的变化都会影响到有功功率和无功功率的输出值大小，此时存在功率耦合问题。图4阻感条件下输出功率变化曲线Fig.4Outputpowercurveunderresistiveconditions在实际中负载阻抗远远大于线路
环可以表示为erefssddPPDKJt(3)无功功率控制环如图2(b)所示。其中电压调节特性可由Q-E下垂控制模拟，故无功功率控制环可用式(4)表达。refqrefQQnEE(4)式中：nq为Q-E下垂系数；Eref为输出电压额定幅值；Q为输出无功功率。图2功率控制框图Fig.2Powercontrolblockdiagram2VSG控制的功率耦合问题2.1VSG控制的稳态功率耦合已知VSG所存在的稳态功率耦合问题由线路阻抗造成，图3为其接到交流电网的等效电路图。图3VSG连接到交流电网的等效电路Fig.3EquivalentcircuitofaVSGconnectedtoanACbus如图3所示，若仅考虑线路阻抗影响时，逆变器传输的有功功率和无功功率分别为2(EVcosδV)cosαEVsinδsinαPZ(5)2(EVcosδV)sinαEVsincosδαQZ--(6)式中：δ为VSG内电势E与交流母线PCC处线电压V的相角差，线路阻抗为LLLZRjX；α为线路阻抗的阻抗角。当线路阻抗为阻感性时采用传统下垂控制会产生功率耦合，将VSG输出电压与相角作为自变量，分别分析其对系统有功功率与无功功率的耦合影响程度；如图4所示，在线路阻抗呈阻感性时，输出电压和相角差的变化都会影响到有功功率和无功功率的输出值大小，此时存在功率耦合问题。图4阻感条件下输出功率变化曲线Fig.4Outputpowercurveunderresistiveconditions在实际中负载阻抗远远大于线路阻抗，即δ很小，可近似取sinδ=δ，cosδ=1，则V[(EV)cosα+Eδsinα]PZ-(7)V[(EV)sinEcos]QZ(8)在线路阻抗呈感性时(X>>R)，α近似为90°，式(7)与式
【参考文献】：
期刊论文
[1]独立微网中多虚拟同步机功率精确分配控制策略[J]. 袁健,杨伟. 电力系统保护与控制. 2019(04)
[2]基于储能型准Z源逆变器的VSG并网控制策略的研究[J]. 漆万碧,李媛,方番,丁隆耀. 电力系统保护与控制. 2019(04)
[3]基于虚拟同步电机控制的微电网稳定性分析[J]. 晁凯云,苗世洪,刘子文,范志华,康祎龙,段偲默,刘君瑶. 电力系统保护与控制. 2019(03)
[4]基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析[J]. 李明,张兴,张行,张海峥,管玮琦,赵为. 电源学报. 2018(06)
[5]基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步机功率解耦控制策略[J]. 屈子森,蔡云旖,杨欢,董宁波,赵荣祥,韩俊飞. 电力系统自动化. 2018(17)
[6]松弛小功角约束条件的虚拟同步发电机功率解耦策略[J]. 李明烜,王跃,徐宁一,周晖,雷万钧. 电力系统自动化. 2018(09)
[7]虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略[J]. 李武华,王金华,杨贺雅,顾云杰,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[8]微网功率耦合特性分析及解耦控制[J]. 张也,颜湘武. 电网技术. 2016(03)
[9]虚拟同步发电机技术及展望[J]. 郑天文,陈来军,陈天一,梅生伟. 电力系统自动化. 2015(21)
[10]微网暂态稳定性研究[J]. 帅智康,邹福筱,涂春鸣,沈征. 电力系统自动化. 2015(16)
硕士论文
[1]基于虚拟负阻抗的微电网改进下垂控制策略的研究[D]. 岳同耿日.西安理工大学 2018
本文编号：3334555
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(18)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
阻感条件下输出功率变化曲线
是额定角频率。模拟同步发电机的转子惯性公式为smesddJPPDt(2)式中：eP为输出有功功率；J为虚拟转动惯量；D为阻尼系数。因此，综合式(1)、式(2)，有功功率控制环可以表示为erefssddPPDKJt(3)无功功率控制环如图2(b)所示。其中电压调节特性可由Q-E下垂控制模拟，故无功功率控制环可用式(4)表达。refqrefQQnEE(4)式中：nq为Q-E下垂系数；Eref为输出电压额定幅值；Q为输出无功功率。图2功率控制框图Fig.2Powercontrolblockdiagram2VSG控制的功率耦合问题2.1VSG控制的稳态功率耦合已知VSG所存在的稳态功率耦合问题由线路阻抗造成，图3为其接到交流电网的等效电路图。图3VSG连接到交流电网的等效电路Fig.3EquivalentcircuitofaVSGconnectedtoanACbus如图3所示，若仅考虑线路阻抗影响时，逆变器传输的有功功率和无功功率分别为2(EVcosδV)cosαEVsinδsinαPZ(5)2(EVcosδV)sinαEVsincosδαQZ--(6)式中：δ为VSG内电势E与交流母线PCC处线电压V的相角差，线路阻抗为LLLZRjX；α为线路阻抗的阻抗角。当线路阻抗为阻感性时采用传统下垂控制会产生功率耦合，将VSG输出电压与相角作为自变量，分别分析其对系统有功功率与无功功率的耦合影响程度；如图4所示，在线路阻抗呈阻感性时，输出电压和相角差的变化都会影响到有功功率和无功功率的输出值大小，此时存在功率耦合问题。图4阻感条件下输出功率变化曲线Fig.4Outputpowercurveunderresistiveconditions在实际中负载阻抗远远大于线路
环可以表示为erefssddPPDKJt(3)无功功率控制环如图2(b)所示。其中电压调节特性可由Q-E下垂控制模拟，故无功功率控制环可用式(4)表达。refqrefQQnEE(4)式中：nq为Q-E下垂系数；Eref为输出电压额定幅值；Q为输出无功功率。图2功率控制框图Fig.2Powercontrolblockdiagram2VSG控制的功率耦合问题2.1VSG控制的稳态功率耦合已知VSG所存在的稳态功率耦合问题由线路阻抗造成，图3为其接到交流电网的等效电路图。图3VSG连接到交流电网的等效电路Fig.3EquivalentcircuitofaVSGconnectedtoanACbus如图3所示，若仅考虑线路阻抗影响时，逆变器传输的有功功率和无功功率分别为2(EVcosδV)cosαEVsinδsinαPZ(5)2(EVcosδV)sinαEVsincosδαQZ--(6)式中：δ为VSG内电势E与交流母线PCC处线电压V的相角差，线路阻抗为LLLZRjX；α为线路阻抗的阻抗角。当线路阻抗为阻感性时采用传统下垂控制会产生功率耦合，将VSG输出电压与相角作为自变量，分别分析其对系统有功功率与无功功率的耦合影响程度；如图4所示，在线路阻抗呈阻感性时，输出电压和相角差的变化都会影响到有功功率和无功功率的输出值大小，此时存在功率耦合问题。图4阻感条件下输出功率变化曲线Fig.4Outputpowercurveunderresistiveconditions在实际中负载阻抗远远大于线路阻抗，即δ很小，可近似取sinδ=δ，cosδ=1，则V[(EV)cosα+Eδsinα]PZ-(7)V[(EV)sinEcos]QZ(8)在线路阻抗呈感性时(X>>R)，α近似为90°，式(7)与式
【参考文献】：
期刊论文
[1]独立微网中多虚拟同步机功率精确分配控制策略[J]. 袁健,杨伟. 电力系统保护与控制. 2019(04)
[2]基于储能型准Z源逆变器的VSG并网控制策略的研究[J]. 漆万碧,李媛,方番,丁隆耀. 电力系统保护与控制. 2019(04)
[3]基于虚拟同步电机控制的微电网稳定性分析[J]. 晁凯云,苗世洪,刘子文,范志华,康祎龙,段偲默,刘君瑶. 电力系统保护与控制. 2019(03)
[4]基于虚拟稳态同步阻抗的VSG输出阻抗与小信号建模分析[J]. 李明,张兴,张行,张海峥,管玮琦,赵为. 电源学报. 2018(06)
[5]基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步机功率解耦控制策略[J]. 屈子森,蔡云旖,杨欢,董宁波,赵荣祥,韩俊飞. 电力系统自动化. 2018(17)
[6]松弛小功角约束条件的虚拟同步发电机功率解耦策略[J]. 李明烜,王跃,徐宁一,周晖,雷万钧. 电力系统自动化. 2018(09)
[7]虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略[J]. 李武华,王金华,杨贺雅,顾云杰,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[8]微网功率耦合特性分析及解耦控制[J]. 张也,颜湘武. 电网技术. 2016(03)
[9]虚拟同步发电机技术及展望[J]. 郑天文,陈来军,陈天一,梅生伟. 电力系统自动化. 2015(21)
[10]微网暂态稳定性研究[J]. 帅智康,邹福筱,涂春鸣,沈征. 电力系统自动化. 2015(16)
硕士论文
[1]基于虚拟负阻抗的微电网改进下垂控制策略的研究[D]. 岳同耿日.西安理工大学 2018
本文编号：3334555
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