Islanded microgrids(IMGs)offer a viable and efficient energy self-sustaining solution for distributed resources in remote areas.While without utility grid support,the frequency of IMG is susceptible to mismatches betw...Islanded microgrids(IMGs)offer a viable and efficient energy self-sustaining solution for distributed resources in remote areas.While without utility grid support,the frequency of IMG is susceptible to mismatches between demand and generation.Moreover,IMGs encounter uncertain and nonlinear load disturbances together with system parameter perturbation,which further compromises frequency stability.To this aim,this paper proposes a robust multi-virtual synchronous generators(multi-VSGs)coordinated control strategy for distributed secondary frequency regulation(DSFR)in IMGs,which exhibits minimal model dependency and avoids reliance on global information.Two critical methods are developed:(1)a robust VSG control framework that incorporates the linear active disturbance rejection control(LADRC)technique,which enables the estimation and effective elimination of uncertain load disturbances and system's parameter perturbations;(2)a novel secondorder consensus algorithm-based control law for robust secondary frequency regulation,which is featured with proper power sharing among different participants,suppressed power oscillation caused by response disparities,and reduced reliance on complex communication system.Building on methods(1)and(2),a novel multi-VSGs coordinated control strategy is proposed,providing a robust solution for IMG's frequency restoration,and its dynamic characteristics are explored in detail.The correctness and effectiveness of the proposal are verified by both simulation and the hardware-in-the-loop(HIL)experiment results across typical scenarios.展开更多
分布式光伏发电主要以最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式并网运行,缺乏离网运行能力,且难以为电力系统提供有利于系统稳定的惯量和阻尼。虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)因集成了传统同步机的运行机...分布式光伏发电主要以最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式并网运行,缺乏离网运行能力,且难以为电力系统提供有利于系统稳定的惯量和阻尼。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,备受分布式发电领域专家的关注。结合虚拟同步机技术,并考虑光伏电源的时变性和有限性,提出了计及光伏电源动态特征的光伏虚拟同步机(photovoltaic VSG,PV-VSG)及其控制策略。根据光伏出力曲线与特征值分析得到光伏电源稳定运行区域;设计了光伏电源附加控制策略,可防止因光伏电源最大可用功率不足而造成的直流电压跌落,以保证PV-VSG直流侧电压稳定,并可根据负载或调度功率需求提供最有效的功率匹配。所提控制策略可使光伏电源直接通过虚拟同步发电机接入,并实现了离网与并网的灵活可靠运行。仿真分析与实验测试结果均验证了所提控制策略的有效性。展开更多
在基于模块化多电平流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current system,MMC-MTDC)系统中,PI双环解耦的直接电流控制(double-loop direct current,DLDC)无法为系统提供惯...在基于模块化多电平流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current system,MMC-MTDC)系统中,PI双环解耦的直接电流控制(double-loop direct current,DLDC)无法为系统提供惯性,而常规虚拟同步发电机(conventional virtual synchronous generator,CVSG)控制虽然能为系统提供惯性支撑,实现对交流系统的一次调频,但仍属于频率有差调节,未能充分发挥换流器的灵活调节的优点。针对上述问题,结合MMC-MTDC系统功率-电压的改进下垂控制方法,提出了一种改进虚拟同步发电机(improved virtual synchronous generator,IVSG)的受端换流器控制策略。该策略在保留CVSG控制中的惯性参数和阻尼参数的基础上,引入频率偏差的积分控制,使换流器参与交流系统二次调频工作,通过与其他受端换流器的协调配合,实现对交流系统频率的无差控制。基于Opal-RT仿真平台,搭建包含集群风场在内的5端31电平MMC-MTDC输电系统模型,设计MMC-MTDC系统不同的运行工况,对所提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,在直流系统功率发生波动时,所提控制策略具有合理分配受端功率、增加换流器惯性和参与交流系统二次调频的能力。展开更多
近年来,新能源渗透率快速增加,由于其并网逆变器无旋转惯性,随着电网电力电子化程度逐步加深,电力系统的整体惯性有所降低,使电网承受扰动的能力下降。针对连接海上风电场的多端柔性直流输电系统（voltage source converter based multi...近年来,新能源渗透率快速增加,由于其并网逆变器无旋转惯性,随着电网电力电子化程度逐步加深,电力系统的整体惯性有所降低,使电网承受扰动的能力下降。针对连接海上风电场的多端柔性直流输电系统（voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current system,VSC-MTDC）,提出了一套基于虚拟调速器的虚拟同步机控制策略（virtual governor based virtual synchronous generator,VGVSG）。首先,以VSC-MTDC系统的下垂控制策略为基础,设计了虚拟同步调速器模块,构建了具有惯性响应和一次调频能力的虚拟同步机控制策略。接着,通过VGVSG的二阶数学模型对所提的控制策略进行了稳定性分析,并针对虚拟惯性系数等重要控制器参数给出了详细的整定方法。最后,基于DIgSIENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了四端VSC-MTDC系统进行仿真,通过两个仿真案例验证了所提控制策略的有效性。展开更多
大规模多个风电场通过多端柔性直流系统向受端交流电网供电,会解耦风电场和交流电网的频率联系。并且对于含有多个换流站的柔直系统,直流电压控制更为复杂。针对多端直流系统参与交流电网调频以及换流站故障时协调直流电压稳定运行的问...大规模多个风电场通过多端柔性直流系统向受端交流电网供电,会解耦风电场和交流电网的频率联系。并且对于含有多个换流站的柔直系统,直流电压控制更为复杂。针对多端直流系统参与交流电网调频以及换流站故障时协调直流电压稳定运行的问题,提出一种不依靠通信的汇集风电多端柔直系统的变下垂组合控制策略。首先,对于连接交流电网的受端换流站(grid side VSC,GSVSC)采用改进虚拟同步机(VSG)电压变下垂策略,该策略一方面可以通过变下垂控制改善直流系统的电压质量;另一方面根据受端电网频率波动幅度不同,可以有选择地为交流电网频率提供惯性响应。其次针对传统电压下垂不适用于含风电场的柔性直流系统的问题,对连接风电场的换流站(wind farm VSC,WFVSC)采用改进电压–频率下垂控制策略。对风电场采用变调频因子惯量控制实时改变出力,根据不同风速下风机改变出力的能力不同,在改进惯量控制中引入转速调频能力因子防止转速越限。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行仿真分析,验证所提控制策略的正确性和有效性。展开更多
多端柔性直流输电系统中,采用柔直内外环控制无法为受端无源网络提供惯性支撑。传统的虚拟同步发电机(TVSG)控制,可以为无源网络提供惯性支撑,但只能实现无源网络的一次调频。针对此问题,提出一种虚拟调频器(virtual frequency regulato...多端柔性直流输电系统中,采用柔直内外环控制无法为受端无源网络提供惯性支撑。传统的虚拟同步发电机(TVSG)控制,可以为无源网络提供惯性支撑,但只能实现无源网络的一次调频。针对此问题,提出一种虚拟调频器(virtual frequency regulator,VFR)控制。VFR控制引入角频率和直流电压偏差到TVSG控制中,使连接无源网络的换流站具备无差调频性能,且依据直流电压的变化调节功率变化,实现功率平衡。在PSCAD/EMTDC中搭建含有无源网络的多端柔性直流系统模型,验证了VFR控制策略的有效性。展开更多
由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性,可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题,同时保证储能的安全稳定运行,提出了一种综合考虑储能荷电状态(state o...由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性,可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题,同时保证储能的安全稳定运行,提出了一种综合考虑储能荷电状态(state of charge,SOC)和电能质量提升的多约束储能自适应控制策略。首先,通过Logistic回归模型和指数函数模型分别分析了储能SOC、频率变化率和虚拟惯性之间的动态联系,建立了储能系统运行安全约束分析和频率变化率约束模型,并加权得到储能系统虚拟惯量的自适应控制规律;然后,针对电压越限和电压波动问题,构建了基于节点电压约束模型的储能逆变器功率因数角自适应控制规律;最后,结合某县实际储能工程现状,仿真验证了所提控制策略能够根据储能SOC和频率变化实时改变储能功率输出,快速响应频率波动,有效抑制电压越限和电压波动,有力保障储能并网系统的安全稳定运行。展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.U22B20104,52407080,52277090,52207097)the International Science and Technology Cooperation Program of China(Grant No.2022YFE0129300)+2 种基金the Science and Technology Innovation Program of Hunan Province(Grant No.2023RC3102)the Excellent Innovation Youth Program of Changsha of China(Grant No.kq2209010)the Key Research and Development Program of Hunan Province(Grant No.2023GK2007)。
文摘Islanded microgrids(IMGs)offer a viable and efficient energy self-sustaining solution for distributed resources in remote areas.While without utility grid support,the frequency of IMG is susceptible to mismatches between demand and generation.Moreover,IMGs encounter uncertain and nonlinear load disturbances together with system parameter perturbation,which further compromises frequency stability.To this aim,this paper proposes a robust multi-virtual synchronous generators(multi-VSGs)coordinated control strategy for distributed secondary frequency regulation(DSFR)in IMGs,which exhibits minimal model dependency and avoids reliance on global information.Two critical methods are developed:(1)a robust VSG control framework that incorporates the linear active disturbance rejection control(LADRC)technique,which enables the estimation and effective elimination of uncertain load disturbances and system's parameter perturbations;(2)a novel secondorder consensus algorithm-based control law for robust secondary frequency regulation,which is featured with proper power sharing among different participants,suppressed power oscillation caused by response disparities,and reduced reliance on complex communication system.Building on methods(1)and(2),a novel multi-VSGs coordinated control strategy is proposed,providing a robust solution for IMG's frequency restoration,and its dynamic characteristics are explored in detail.The correctness and effectiveness of the proposal are verified by both simulation and the hardware-in-the-loop(HIL)experiment results across typical scenarios.
文摘分布式光伏发电主要以最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式并网运行,缺乏离网运行能力,且难以为电力系统提供有利于系统稳定的惯量和阻尼。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,备受分布式发电领域专家的关注。结合虚拟同步机技术,并考虑光伏电源的时变性和有限性,提出了计及光伏电源动态特征的光伏虚拟同步机(photovoltaic VSG,PV-VSG)及其控制策略。根据光伏出力曲线与特征值分析得到光伏电源稳定运行区域;设计了光伏电源附加控制策略,可防止因光伏电源最大可用功率不足而造成的直流电压跌落,以保证PV-VSG直流侧电压稳定,并可根据负载或调度功率需求提供最有效的功率匹配。所提控制策略可使光伏电源直接通过虚拟同步发电机接入,并实现了离网与并网的灵活可靠运行。仿真分析与实验测试结果均验证了所提控制策略的有效性。
文摘在基于模块化多电平流器的多端柔性直流输电(modular multi-level converter based multi-terminal high voltage direct current system,MMC-MTDC)系统中,PI双环解耦的直接电流控制(double-loop direct current,DLDC)无法为系统提供惯性,而常规虚拟同步发电机(conventional virtual synchronous generator,CVSG)控制虽然能为系统提供惯性支撑,实现对交流系统的一次调频,但仍属于频率有差调节,未能充分发挥换流器的灵活调节的优点。针对上述问题,结合MMC-MTDC系统功率-电压的改进下垂控制方法,提出了一种改进虚拟同步发电机(improved virtual synchronous generator,IVSG)的受端换流器控制策略。该策略在保留CVSG控制中的惯性参数和阻尼参数的基础上,引入频率偏差的积分控制,使换流器参与交流系统二次调频工作,通过与其他受端换流器的协调配合,实现对交流系统频率的无差控制。基于Opal-RT仿真平台,搭建包含集群风场在内的5端31电平MMC-MTDC输电系统模型,设计MMC-MTDC系统不同的运行工况,对所提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,在直流系统功率发生波动时,所提控制策略具有合理分配受端功率、增加换流器惯性和参与交流系统二次调频的能力。
文摘近年来,新能源渗透率快速增加,由于其并网逆变器无旋转惯性,随着电网电力电子化程度逐步加深,电力系统的整体惯性有所降低,使电网承受扰动的能力下降。针对连接海上风电场的多端柔性直流输电系统（voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current system,VSC-MTDC）,提出了一套基于虚拟调速器的虚拟同步机控制策略（virtual governor based virtual synchronous generator,VGVSG）。首先,以VSC-MTDC系统的下垂控制策略为基础,设计了虚拟同步调速器模块,构建了具有惯性响应和一次调频能力的虚拟同步机控制策略。接着,通过VGVSG的二阶数学模型对所提的控制策略进行了稳定性分析,并针对虚拟惯性系数等重要控制器参数给出了详细的整定方法。最后,基于DIgSIENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了四端VSC-MTDC系统进行仿真,通过两个仿真案例验证了所提控制策略的有效性。
文摘大规模多个风电场通过多端柔性直流系统向受端交流电网供电,会解耦风电场和交流电网的频率联系。并且对于含有多个换流站的柔直系统,直流电压控制更为复杂。针对多端直流系统参与交流电网调频以及换流站故障时协调直流电压稳定运行的问题,提出一种不依靠通信的汇集风电多端柔直系统的变下垂组合控制策略。首先,对于连接交流电网的受端换流站(grid side VSC,GSVSC)采用改进虚拟同步机(VSG)电压变下垂策略,该策略一方面可以通过变下垂控制改善直流系统的电压质量;另一方面根据受端电网频率波动幅度不同,可以有选择地为交流电网频率提供惯性响应。其次针对传统电压下垂不适用于含风电场的柔性直流系统的问题,对连接风电场的换流站(wind farm VSC,WFVSC)采用改进电压–频率下垂控制策略。对风电场采用变调频因子惯量控制实时改变出力,根据不同风速下风机改变出力的能力不同,在改进惯量控制中引入转速调频能力因子防止转速越限。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行仿真分析,验证所提控制策略的正确性和有效性。
文摘多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网系统不同控制环路间的交互影响不利于高渗透率新能源电网的安全稳定运行,将给VSG的输出角频率带来负面影响。针对该问题,基于机电比拟原理构建了多VSG并网系统功-频环路的机械导纳模型,推导了多VSG并网系统输出角频率的传递函数矩阵。进而提出一种基于相对增益矩阵(relative gain array,RGA)原理的多VSG功-频环路频率交互影响的定量分析方法,并采用数值分析法和频域分析法为对比,研究系统参数变化时多VSG间交互影响的变化规律,从而确定出易产生交互影响的频率区间。最后,通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型对上述方法的有效性进行验证。
文摘多端柔性直流输电系统中,采用柔直内外环控制无法为受端无源网络提供惯性支撑。传统的虚拟同步发电机(TVSG)控制,可以为无源网络提供惯性支撑,但只能实现无源网络的一次调频。针对此问题,提出一种虚拟调频器(virtual frequency regulator,VFR)控制。VFR控制引入角频率和直流电压偏差到TVSG控制中,使连接无源网络的换流站具备无差调频性能,且依据直流电压的变化调节功率变化,实现功率平衡。在PSCAD/EMTDC中搭建含有无源网络的多端柔性直流系统模型,验证了VFR控制策略的有效性。
文摘由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性,可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题,同时保证储能的安全稳定运行,提出了一种综合考虑储能荷电状态(state of charge,SOC)和电能质量提升的多约束储能自适应控制策略。首先,通过Logistic回归模型和指数函数模型分别分析了储能SOC、频率变化率和虚拟惯性之间的动态联系,建立了储能系统运行安全约束分析和频率变化率约束模型,并加权得到储能系统虚拟惯量的自适应控制规律;然后,针对电压越限和电压波动问题,构建了基于节点电压约束模型的储能逆变器功率因数角自适应控制规律;最后,结合某县实际储能工程现状,仿真验证了所提控制策略能够根据储能SOC和频率变化实时改变储能功率输出,快速响应频率波动,有效抑制电压越限和电压波动,有力保障储能并网系统的安全稳定运行。
