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  • 虚拟同步机

    2018-11-14 22:30:37
    虚拟同步机MATLAB仿真。
  • 30KW虚拟同步机仿真,主回路为三电平,包括中点平衡算法,虚拟同步机,在离网下可做有功下垂和无功下垂。方便学习和交流。
  • 虚拟同步机(VSG)matlab/simulink控制仿真

    千次阅读 多人点赞 2020-07-13 10:11:25
    这是我硕士课题中的一部分,虚拟同步机技术,仿真包括虚拟同步机几乎全部的大方向,虚拟同步机传统控制仿真,还有VSG并离网无缝切换技术仿真,VSG惯量阻尼自适应仿真,虚拟同步机低电压穿越技术。另外还有虚拟同步机...

    虚拟同步机(VSG)simulink仿真模型

    经过硕士期间对虚拟同步机(VSG)的研究,VSG相关的控制方向的simulink仿真模型基本上都搭建出来了,相关实验也陆陆续续都做了。

    需要仿真模型,文献资料或者课题交流的可以联系我。

    (PS,被导师画大饼,现在已经直博入坑,欢迎来一起学术交流!)

    现在搭建出来的虚拟同步机仿真模型包括:

    1. VSG并离网无缝切换(预同步);
    2. VSG惯量阻尼自适应仿真;
    3. VSG多机并联仿真;
    4. VSG电网电能质量治理方向(高、低电压穿越等等)仿真;
    5. VSG和风光储联合控制的相关仿真。

    某些VSG的研究方向我个人不是特别建议深入研究,比如惯量阻尼和单机的预同步控制。具体原因可以看看我对VSG研究方向分享的一些看法。

    1. VSG预同步控制: 这个方向已经研究的很透了,论文也很多,单机的可研究性确实不高,不是特别推荐研究这个方向!现在更多的向多机并联预同步方向研究,但是相对来说工作量就比较大!

    2. 光储和风电与VSG相联系的仿真:这个其实也就是对VSG直流侧进行建模,我的导师在我转博前期,比较推荐我往这个方向多研究研究,储能是热点,风光储相关的就不用说了,一直都那样。。毕竟现在是分布式能源协调管理还是很热的!!

    3. VSG虚拟惯量阻尼自适应控制: 这个方向也是,主要就是VSG自适应参数这块的研究,有一说一,研究的论文太多,灌水的论文也太多,实验也不容易做,都是些理论云云,理论比较超过实际,也不是很推荐大家深入研究理论,因为实验上确实不容易实现!

    4. 虚拟同步机电网电能质量治理: 这部分可能是我博士课题要深入研究的一小部分,不管VSG研究什么,总归是要为微电网,电网来服务的,现在电网电能质量出现的问题比较多,虚拟同步机在模拟同步发电机外特性的基础上,要是对电能质量进行治理,那岂不是更香了,所以针对电网电压质量比如高电压穿越,低电压穿越方向现在也是比较热门的,和风电结合起来,应该是不错的选择,另外就是对电流质量问题的治理,也是比较不错的的方向!!有兴趣的,往这个方向研究,还是很不错的。
      就算以后电网面试,人家问你“这个VSG是不是和电网不太相关?”你也可以自信的,说我不是专门弄电力电子逆变器的,我研究的方向也对电网是有贡献的

    5. 最后,虚拟同步机的多机并联控制: 微电网真的是太需要微电源之间的并联控制和协调控制了!
      单台逆变器控制的研究真是太局限了!功率有限,能实现的功能就更有限了。但是多机并联方向对我们这学生的约束就是,不好做,控制比较复杂,需要考虑的方向也很多,比如并联运行时的功率解耦,转动惯量的动态调节,多源微电网频率协调控制等等!虽然很复杂,但是真的是很实际。想比自适应惯量阻尼等多对理论研究的方向,多机并联还是比较贴合实际的,这个方向我以后应该也会多加研究的!!

      最后总结一下,真想做VSG相关研究的,我还是比较推荐向多机控制方向进行研究!
      务实一些,以后可能要进电网的,多做些结合实际的课题方向。
      就先到这吧,以后想到什么再接着聊吧! 后续还会发VSG相关方向的simulink仿真模型相关的内容。

    需要相关仿真资料或者课题指导的可以来交流,联系方式看我网名,或者私聊,看见私信我都会回的(CSDN可能不常在线)

    最后展示下VSG基础控制的仿真以及波形图吧!
    虚拟同步机仿真模型
    虚拟同步机控制原理
    虚拟同步机输出功率及电流波形

    并网电流畸变率

    展开全文
  • 虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)可以通过在变换器控制环节中模拟同步机运行机制,使新能源发电设备具备主动支撑电网的能力,由被动调节转为主动支撑。 传统电力系统中大量采用同步发电机作为并网...

    一、背景和基本原理

    虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)可以通过在变换器控制环节中模拟同步机运行机制,使新能源发电设备具备主动支撑电网的能力,由被动调节转为主动支撑。
    传统电力系统中大量采用同步发电机作为并网发电单元,同步发电机具有良好的惯性和阻尼特性,在增加调频调压装置后,能够参与电网频率和电压调节。而分布式发电需要通过电力电子变流器与外部电网连接,电力电子变流器具有动态响应速度快、过载能力低、谐波含量高等特点,若能将传统电力系统中同步发电机的模型结构引入电力电子变流器控制,模拟同步发电机运行特性,使电力电子变流器能够友好接入电网,有效避免对电网动静态稳定性产生不利影响,解决分布式发电并网或独立带载所面临的诸多问题。
    实际同步发电机中,频率和电压控制对电力系统稳定性影响极为重要。同步发电机是一个机械能量与电磁能量的转换装置,系统中有功功率变化时,其输入的机械能量与输出的电磁能量之间产生差异,引起同步机端口转速变化,进而引起电网频率的波动;系统无功功率变化时,由于同步电机转子的电气特性,端口输出电压也会出现相应变化,同步电机励磁调节器据此调整励磁电流,改变空载电动势,抵消转子电枢在无功影响下的电压波动,维持同步电机端电压近似保持恒定。如果VSG直流侧包含一定储能能量,当VSG参与一次调频时,就可通过储能装置吸收或发出虚拟转子动能,模拟类似同步发电机一样的惯性,并可参与电网一次调频控制。由于同步发电机热能-机械能-电能转换过程缓慢,而电力电子控制响应速度远快于同步发电机,固可用其实现更快的控制过程,进一步提高在电力系统中的应用范围。图1为VSG与同步发电机的对比。
    在这里插入图片描述图1 VSG与同步发电机对比图

    按照并网状态划分,VSG可以运行在并网和孤岛两种模式。并网运行时,能量可以进行双向流动,VSG可参与电网调节;孤岛运行时,VSG又能够为自身负荷供电。按照并联状态划分,VSG又分为单机模式和多机模式。单机模式时,VSG仅需要保证自身输出电压恒定;多机模式时,多台VSG之间需要进行相应功率分配。总体来看,VSG运行状态既取决于电网状态,也与其他VSG运行模式相关,同时还要考虑负荷和储能影响。

    二、作用与接入方案

    储能在虚拟同步机的应用主要体现在以下两个方面。
    (1)稳定电网
    储能可对VSG输出功率进行动态补偿,可再生能源的间歇性变化和负荷的随机性投切会造成VSG系统功率瞬态不匹配,通过储能模块及相应功率变换装置,可以快速平滑功率,提高电网电压和频率稳定性,其控制原理如图2所示。它的作用相当于传统电力系统中一次调频调压,而且储能装置还可实现电力系统低电压穿越,提高可再生能源接入时运行范围。
    域中间。
    在这里插入图片描述
    图2 储能参与电压频率稳定原理

    (2)多模式运行
    分布式电源一般在并网模式下启动,但当电网不存在或故障时,通过储能装置能够实现稳定可控的交流电压输出,并为内部负荷供电。同时,通过对分布式电源的电压和频率进行调控,能够实现在并网和离网之间随意切换。并网模式下,储能单元可实现自身能量优化管理,提高电网运行可靠性;独立运行时,通过储能装置出力能够保证负荷不断电的平稳运行,投切瞬间的能量偏差也可以通过储能装置进行吸收,基于储能的VSG多模式运行过程如图3所示。在这里插入图片描述
    图3 基于储能的多模式运行

    通常储能单元在VSG系统中有两种典型接入方案:集中式接入和分布式接入,如图4所示。
    在这里插入图片描述
    (a) 集中式接入
    在这里插入图片描述
    (b)分布式接入
    图4 储能接入方式
    集中式接入方式中,储能通常配置于VSG母线终端,在进行诸如电力调峰、短时供电、平抑功率波动、无缝投切等操作时,可将全部储能单元投入,对VSG系统整体调控作用较好。但这种方式在离网时完全依靠储能供电,需要具备较大容量的储能单元,储能本体和变换器系统设计的制造成本和难度较大。而且,当储能装置出现故障时,整个VSG系统都将失去可控功率源特性,鲁棒性较差,不利于系统扩容。
    分布式储能中,每一个可再生能源或用电负荷均包含一定储能单元,每个VSG均可实现功率流控制,能够避免某单元储能故障造成的整个系统性能变化,冗余度和可扩容性良好。但分散的储能装置以及变换器模块会大大增加VSG成本,而且为实现多个储能模块之间的能量管理,需要在各单元之间建立相应通讯连线,降低了系统可靠性。
    综合两种配置方式的特点,可根据VSG系统要求将集中接入和分布式接入结合。在直流母线侧配置较大容量的集中式储能,用于电力调峰、短时供电、并网孤岛投切缓冲等操作;在重要负荷和可再生能源附近配置一定分布式储能,用来平抑可再生能源功率波动,或为重要负荷瞬时出力,以较小容量得到更好的区域调节能力和供电可靠性。
    储能器件本身均为直流源,但绝大部分VSG端口为交流电网,因此VSG需要包含逆变单元和储能直流变换单元。根据储能直流变换类型,可大致分为以下几种结构。
    (1)无储能变换
    在这里插入图片描述
    图5 无储能变换

    图5为典型的无储能变换VSG拓扑结构,其中储能元件直接接于逆变器直流母线,充电时逆变器工作于整流状态,储能元件释放能量,放电时逆变器工作于逆变状态,储能元件吸收能量。该结构只包含一级逆变环节,结构简单易于控制,但对储能元件电压范围要求较为严格,适用于端口电压变化范围较小的蓄电池储能,同时为避免串联过多的蓄电池组,需采用体积庞大的工频变压器升压,成本较高。
    (2)储能DC/DC变换
    在这里插入图片描述
    图5 储能DC/DC变换

    图5中,储能元件经过DC/DC变换电路接于逆变器直流母线。该结构具有两类控制模式:一是前级DC/DC环节用于维持母线电压恒定,逆变环节则按照功率源形式向电网输出能量;二是逆变环节用于维持母线电压恒定,DC/DC环节则按照储能充放电要求控制储能单元能量比例。总体来看,采用两级结构有利于提高储能单元适用范围,控制方案选择灵活多变,但控制过程相对复杂。
    (3)储能AC/DC/AC变换
    在这里插入图片描述
    图6 储能AC/DC/AC变换
    图6为具备高频链的储能变换拓扑,通过DC/AC、高频变压器和AC/DC组成高频链回路实现储能元件电压变换,该结构体积小、重量轻、变换效率高。因其多级变换结构,交流侧和储能侧瞬时功率也可以解耦实现独立控制,但高频回路过载能力较差,多级结构控制也更复杂。
    根据VSG系统实际要求,既需要容量密度大的储能,也需要功率密度大的储能装置。受限于储能技术的发展,单一储能模块往往无法满足特定功率或者能量需求,目前多采用串并联、模块化扩展、多端口等手段进行扩容。

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  • GB∕T 38983.1-2020 虚拟同步机 第1部分:总则.pdf
  • 仿真包括虚拟同步机几乎全部的大方向,虚拟同步机传统控制仿真,还有VSG并离网无缝切换技术仿真,VSG惯量阻尼自适应仿真,有意请加扣扣3223787740。(主页还有更多的PQ,VF,Drop,VSG相关的模型,欢迎一起交流!) ....

    VSG虚拟同步机惯量阻尼自适应仿真模型(Matlab/simulink)

    仿真包括虚拟同步机几乎全部的大方向,虚拟同步机传统控制仿真,还有VSG并离网无缝切换技术仿真,VSG惯量阻尼自适应仿真,有意请加扣扣3223787740。(主页还有更多的PQ,VF,Drop,VSG相关的模型,欢迎一起交流!)
    在这里插入图片描述

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  • 1.微电网介绍 随着传统能源的枯竭,以新能源为主体的分布式发电DG... 现在搭建总结的仿真有 1双机并联 2惯量阻尼自适应 3无缝切换 4永磁+VSG 5光储+VSG 6虚拟同步机高/电压穿越 等 下面展示基础控制的VSG仿真模型

    1.微电网介绍

    随着传统能源的枯竭,以新能源为主体的分布式发电DG(Distributed Generation )逐渐兴起。DG有很多优点,比如可实现能源综合梯级利用,弥补大电网稳定性方面不足,环境友好等,但是它的最本质缺点在于不可控和随机波动性,从而造成高渗透率下对电网稳定的负面影响。

    而微电网(MG)就可以很好的解决DG存在的问题,微电网把分布式发电、储能装置、负荷通过控制系统协调控制,形成单一可控单元,很好的解决分布式电源波动性对电网的冲击。

    微电网中逆变器级的控制,如P/Q、V/f、下垂控制,VSG控制,乃至和储能相结合的控制方式,都是微电网的核心部分。

    本文主要介绍微电网逆变器VSG控制策略的原理以及相关仿真

    2.虚拟同步机控制以及仿真建模

    绝大多数分布式能源接入电网时需要并网逆变器作为接口,而逆变器往往存在着过载能力差、输出阻抗小和几乎不存在惯性等缺点。传统电力系统中,多以大型同步发电机为主要电源。由于同步发电机的转子存在惯性,因此当电力系统发生负荷突变或发电机跳闸时,正常运行的同步发电机会通过释放转子动能缓慢弥补功率缺额,以抑制频率的快速变化,达到维持电网安全稳定的目的。然而,作为以逆变控制为核心的DG系统,其惯性的缺失会导致在系统发生扰动时各电能参数的过快响应。其中,系统频率的突变会影响配电网甚至电网的安全稳定运行。

    最早提出的虚拟同步发电机VSG ( Virtual Synchronous Generator) 概念,借鉴了同步发电机的电磁与机械方程,从外特性上成功等效了同步发电机的模型,为逆变器增加了惯性支撑。在VSG控制技术的支撑下,并网逆变器能够参与电网电压,频率的调节,更具有灵活性,在微电网的应用越来越广。

    现在搭建总结的仿真有

    1双机并联

    2惯量阻尼自适应

    3无缝切换

    4永磁+VSG

    5光储+VSG

    6虚拟同步机高/电压穿越

    下面展示基础控制的VSG仿真模型

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    展开全文
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