收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

虚拟同步机暂态特性研究和优化

邵天骢  
【摘要】:随着全球能源结构的变化,新能源发电比例逐年提高,但是,新能源发电渗透率较高的电力系统面临稳定性挑战。为了解决这一问题,虚拟同步机应运而生。虚拟同步机具有友好并网的特点,可实现分布式能源的自主运行,是满足新能源、分布式能源广泛接入要求的重要技术支撑,应用前景广阔。然而,虚拟同步机在继承传统同步机机电暂态特性的同时,也继承了其振荡特性,参数选取不当极易造成功率振荡。目前,虚拟同步机的暂态特性研究面临诸多问题。一方面,虚拟同步机具有复杂多参数特点,暂态过程的作用机理尚未规范量化,这在一定程度上阻碍了虚拟同步机的规模化推广。另一方面,作为电力电子变换器,虚拟同步机承受过载的能力有限,功率振荡使其不能安全、稳定、高效运行,易造成巨大经济损失。本文紧密围绕未来电网应用中虚拟同步机的关键暂态特性,从暂态特性建模分析出发,揭示量化规范的作用机理,建立理论基础。然后,针对虚拟同步机鲁棒性、惯性、阻尼三个维度,分别提出优化方法改善暂态特性,提高虚拟同步机的参数适应性、频率稳定性、控制灵活性。主要研究工作如下:(1)针对虚拟同步机暂态响应的量化描述问题,提出功率环时间常数的概念,建立面向暂态特性的虚拟同步机参数体系,揭示虚拟同步机暂态过程机理。虚拟同步机暂态响应由多个参数共同决定,为优化其暂态特性,首先需要针对暂态特性进行建模和分析,理解其作用机理。但是,目前尚无专门针对暂态特性的虚拟同步机建模分析。本文从虚拟同步机的同步电抗出发,基于虚拟同步机的线性化模型,提出功率环时间常数的概念,揭示同步电抗对于功率环响应速度的影响。在此基础上,建立面向暂态特性的虚拟同步机参数体系,研究同步电抗、功率环时间常数与虚拟同步机暂态特性的关系,将复杂的虚拟同步机暂态响应机理归纳于同步电抗与控制参数的交互作用,建立面向暂态特性的数学模型,揭示量化规范的作用机理。最后,采用时域仿真验证建模和分析结果的正确性。(2)针对暂态响应主导参数摄动易引发暂态冲击的问题,提出基于前馈支路的虚拟同步机鲁棒性优化方法。虽然虚拟同步机控制策略在频率稳定性方面优于传统下垂控制,但是更容易出现暂态振荡,参数适应性较低,其中,功率计算环节和同步电抗对于暂态响应起主导作用,二者的参数摄动易引发暂态冲击。为此,本文提出基于前馈支路的虚拟同步机鲁棒性优化方法。首先,揭示平均功率计算环节的功能,阐述其与同步电抗对暂态过程的影响;其次,提出并研究基于前馈支路的虚拟同步机鲁棒性优化方法,揭示其通过降低控制系统阶次提升鲁棒性的本质,对比该鲁棒性优化虚拟同步机与传统虚拟同步机,分析二者的暂态性能差异;最后,仿真和实验证明采用前馈支路提高虚拟同步机鲁棒性的有效性。利用该方法,虚拟同步机在平均功率计算环节带宽和同步电抗摄动下,仍然保持较高的相对稳定性,暂态过程平滑无冲击,使虚拟同步机的更具参数适应性。(3)针对负载突变以及故障情况下的频率稳定性问题,提出基于保持滤波器的虚拟同步机惯性优化方法。负载突变和故障情况下,现有虚拟同步机的频率响应受限于一阶惯性环节的暂态特性,在响应的初始阶段,仍然具有较高的频率变化率,故而相同时间内频率偏移范围较大。为此,本文提出基于保持滤波器的惯性优化方法。首先研究揭示保持滤波器的惯性,进而提出并研究基于保持滤波器的惯性优化方法。惯性优化后的虚拟同步机在负载功率突变时,具有线性的频率响应过程,因而在响应初始阶段,频率变化率更低,从而进一步降低频率偏移范围,提供更加稳定的频率支撑。最后,仿真和实验证明,该惯性优化方法可有效提高频率支撑能力。(4)针对需要牺牲惯性才能阻尼功率振荡的问题,提出基于虚拟同步电抗的虚拟同步机阻尼优化方法。目前对于虚拟同步机阻尼特性的优化研究多以牺牲惯性为代价,无法在兼顾惯性支撑的同时,灵活阻尼功率振荡,尚缺乏独立调节阻尼的自由度。为此,本文提出基于虚拟同步电抗的阻尼优化方法。首先,研究虚拟同步机阻尼的来源,揭示阻尼在暂态响应中的表现。其次,研究虚拟同步机惯性和阻尼整定的内在联系,揭示虚拟同步机阻尼调节自由度缺失的问题。再次,提出并研究基于虚拟同步电抗的阻尼优化方法,揭示同步电抗对阻尼的影响,引入虚拟阻尼环节以改变同步电抗,进而实现阻尼重构。最后,采用仿真和实验进行了有效性验证,基于虚拟同步电抗的阻尼优化方法,可以在不影响惯性的前提下重构阻尼,灵活阻尼功率振荡,使虚拟同步机的控制更具灵活性。综上所述,本文的研究致力于虚拟同步机暂态特性的系统分析,进而提出灵活深入的优化方法。研究并建立一套面向虚拟同步机暂态特性的建模和分析方法,在此基础上,提高虚拟同步机参数适应性、频率稳定性、控制灵活性。同时,利用研发的虚拟同步机实验样机,对所提暂态特性优化方法进行实验测试,以期为虚拟同步机技术的更广泛应用提供理论指导与技术支撑。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 ;世界首个具备虚拟同步机功能的新能源电站建成投运 攻克世界难题[J];华北电业;2021年01期
2 赵国树;杨忠;田小敏;;自适应控制策略在虚拟同步机中的应用[J];金陵科技学院学报;2020年04期
3 潘美珍;余桂周;高群;;一种高效数字/同步机转换器设计[J];电子产品世界;2021年03期
4 颜湘武;吕佳伟;贾焦心;;无储能单元的负荷虚拟同步机控制研究[J];电力电子技术;2019年11期
5 张怡;张秀强;;虚拟同步机技术在新能源中应用现状与展望[J];工业控制计算机;2020年08期
6 颜全椿;顾文;李辰龙;刘亚南;梅睿;;基于储能的风电虚拟同步机调频特性分析[J];电器与能效管理技术;2020年08期
7 倪坤;;虚拟同步机技术在电力系统中的应用[J];电气时代;2019年08期
8 季昆玉;贾俊;蒋中军;朱庆;杨永标;;空调负荷虚拟同步机的负荷响应控制技术[J];电力需求侧管理;2019年06期
9 王波;;世界首套大功率光伏虚拟同步机在张北并网[J];能源研究与信息;2016年04期
10 ;世界首个应用虚拟同步机工程并网投运[J];农村电气化;2017年01期
11 ;世界首个应用虚拟同步机工程并网投运[J];电力安全技术;2017年01期
12 ;世界首套大功率光伏虚拟同步机在张北并网[J];能源与环境;2017年01期
13 ;《电源学报》2018年第6期“虚拟同步机与自主电力系统”专题征稿启事[J];电源学报;2017年04期
14 沈天骄;曾成;王琦;;虚拟同步机技术在电力系统中的发展及应用[J];电工电气;2017年09期
15 ;《电源学报》2018年第6期“虚拟同步机与自主电力系统”专题征稿启事[J];电源学报;2017年05期
16 邬小波;;分布式发电中的虚拟同步机技术[J];华北电业;2016年04期
17 彭能岭;虞孝麒;胡元峰;张岳华;苏春晓;;惯性约束聚变实验中全程控终端同步机的研制[J];核技术;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 张宜旺;董纪清;毛行奎;陈旭海;温步瀛;;虚拟同步机并网预同步控制策略研究[A];福建省电机工程学会2019年学术年会获奖论文集[C];2020年
2 丁志华;;一种同步机励磁装置运行状态分析[A];河南省冶金行业低碳冶金与节能减排学术研讨会论文集[C];2011年
3 王杨;葛小凤;史学伟;王婧;马步云;刘景超;岳巍澎;刘汉民;;风机虚拟同步机技术及其工程应用[A];2018智能电网新技术发展与应用研讨会论文集[C];2018年
4 张弘;;鞍钢炼铁厂7600kW同步机启动故障处理[A];第八届(2011)中国钢铁年会论文集[C];2011年
5 陈克难;邓君;潘云;;高精度延时同步机的研制[A];全国第五届核仪器及其应用学术会议论文集[C];2005年
6 袁冬冬;赵彦飞;牛虎;葛林耀;赵佳琪;;虚拟同步机在风电场的应用前景分析[A];2018智能电网新技术发展与应用研讨会论文集[C];2018年
7 李兴;董力军;李旷;孙蕾;郭自勇;王春岩;郑爽;梁艽艽;;高压大功率同步机的控制策略与应用研究[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年
8 高平;刘德本;欧阳艳晶;李海波;;多路数字延时同步机[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
9 程耕国;程平;;同步机无刷励磁控制系统设计方法[A];第十九届电工理论学术年会论文集[C];2007年
10 吴宣东;;大型同步机直流泄漏异常原因探讨及预防措施[A];中国电工技术学会大电机专业委员会2014年学术年会论文集[C];2014年
11 郭艳兵;周晶;徐伟光;许海涛;;交直交矢量控制系统在热连轧卷取同步机上的应用[A];2008全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集[C];2008年
12 严丽;亢涵彬;陈慧敏;史学伟;王婧;董超;吴寒;赵旭;;基于虚拟同步发电机技术的光伏发电频率响应研究[A];2017智能电网信息化建设研讨会论文集[C];2017年
13 彭能岭;虞孝麒;胡元峰;张岳华;;基于VXI的全程控终端同步机的实现[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
14 赵峰;张海涛;;同步机励磁柜常见故障及处理方法[A];中国矿业科技文汇——2013[C];2013年
15 张静;迟岩;赵国强;;矿井主扇同步机预测控制的研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
16 陈克难;;ST-2型触发同步机[A];中国工程物理研究院科技年报(2001)[C];2001年
17 郭艳兵;周晶;徐伟光;许海涛;;交直交矢量控制系统在热连轧卷取同步机上的应用[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年
18 郭艳兵;舒连峰;刘松斌;许海涛;;基于交-直-交矢量同步机控制的E2立辊传动系统[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
19 王永骥;徐桂英;张晓兰;涂健;;基于修正δ规则的神经网络控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
20 廖振华;;无工频变压器高频开关同步机励磁柜的节能分析[A];广东省电机工程学会2003-2004年度优秀论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前11条
1 周莹坤;新能源同步机提升高比例新能源电网稳定性的研究[D];华北电力大学(北京);2019年
2 邵天骢;虚拟同步机暂态特性研究和优化[D];北京交通大学;2019年
3 王霄鹤;双馈风力发电系统友好并网运行控制策略研究[D];浙江大学;2019年
4 教煐宗;基于虚拟同步机控制的双馈风电并网运行关键技术研究[D];浙江大学;2021年
5 彭能岭;精密延时和高速脉冲技术在ICF实验和慢正电子束装置中的应用研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 李畅;柔性直流系统虚拟同步机控制方法研究[D];湖南大学;2020年
7 张伟超;含虚拟同步化新能源的电力系统有功功和频率控制[D];华北电力大学(北京);2021年
8 王清;双馈风电接入对电力系统稳定性影响机理研究[D];华北电力大学(北京);2016年
9 缪惠宇;微网中并网接口优化运行及其关键技术研究[D];东南大学;2019年
10 葛宝明;交流传动系统的新型控制策略[D];浙江大学;2000年
11 刘芳;基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略研究[D];合肥工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王茂;基于虚拟同步机的光储发电系统控制技术研究[D];中国矿业大学;2021年
2 孙晓彤;并网虚拟同步机的无源性控制方法[D];华北电力大学(北京);2021年
3 张晓超;单相虚拟同步机的稳定性分析及惯性优化研究[D];北京交通大学;2019年
4 张雪原;基于虚拟同步机的新型分布式光储系统研究[D];华北电力大学;2019年
5 李佳佳;基于虚拟同步机技术的“源-网-荷”自治控制方法的研究[D];华北电力大学;2019年
6 李冬雪;虚拟同步机多机并列发电系统的功率分配方法研究[D];华北电力大学;2019年
7 杨丹;虚拟同步机交直流侧协调控制方法研究[D];华北电力大学(北京);2019年
8 彭珊;基于幅相运动方程的同步机内电势幅值相位联合稳定的机理分析[D];华中科技大学;2019年
9 郭毅;基于虚拟同步机技术的风力发电系统的建模与控制[D];河北工业大学;2017年
10 王雪瑞;基于虚拟同步机的三相整流器控制方法研究[D];南京航空航天大学;2019年
11 李舒婷;基于虚拟同步机控制的城轨列车再生制动能量回馈系统研究[D];西南交通大学;2019年
12 王怡;贯通式牵引变电所单相虚拟同步机控制策略研究[D];西南交通大学;2019年
13 陈旭东;基于虚拟同步机技术的牵引整流器控制策略及其稳定性分析[D];西南交通大学;2019年
14 张亚波;微网并联虑拟同步机运行特性的研究[D];西南交通大学;2019年
15 蓝天翔;并网逆变器的虚拟同步控制技术研究[D];沈阳工业大学;2019年
16 叶新;光伏储能系统的虚拟同步机运行模式及参数边界研究[D];浙江大学;2018年
17 匡玉麟;一种基于自适应虚拟同步机的MTDC控制策略[D];湖南大学;2018年
18 欧华亚;光伏并网逆变器的VSG低压穿越控制方法研究及装置研制[D];湖南大学;2018年
19 林浩博;含微网的主动配网电压控制研究[D];广西大学;2018年
20 杨鹏龙;基于虚拟同步机的微电网逆变器控制策略研究[D];兰州交通大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 记者 瞿剑;我国率先攻克虚拟同步机电网技术[N];科技日报;2017年
2 本报记者 苏伟 王琳;虚拟同步机助推分布式电源并网[N];中国电力报;2016年
3 通讯员 许若凡 梁立欣 赵勇 金雍奥;世界首个虚拟同步机示范工程投运[N];中国电力报;2016年
4 见习记者 邱燕超;虚拟同步机破解分布式能源并网难[N];中国电力报;2017年
5 马旭升;青海加快新能源虚拟同步机技术示范研究[N];中国能源报;2016年
6 本报记者 马建胜;虚拟同步机将极大解决新能源消纳问题[N];中国电力报;2016年
7 本报记者 姚海棠;虚拟同步机技术让电网更稳定[N];中国能源报;2016年
8 本报记者 袁仲伟;研发关键装备 推动能源互联[N];国家电网报;2016年
9 记者 张英林;天电所对冶金客户“来电”[N];中国冶金报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978