并网逆变器电压外环

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换

智能微电网并网与离网无缝切换

智能微电网凭借其灵活性和可靠性，已成为智能配电网的关键环节。其核心功能是实现并网与离网的无缝切换，确保在大电网断电时，关键负荷仍能持续供电。通常通过储能PCS实现微电网在并网与孤岛模式间的平稳转换。

微电网系统常见控制策略包括下垂控制与主从控制。光伏、风电等商用并网逆变器采用常规P/Q控制，不利于直接集成于采用下垂控制的微电网系统。并网运行时，储能变流器以PQ模式运行，控制入网电流；而孤岛运行则转换为VF模式，提供电压和频率基准。

并网运行采用P-Q运行模式，储能换流器在并网模式下，依靠电网提供的稳定电压与频率支撑。分布式电源不需考虑电压与频率调节。并网状态下，采用双闭环控制，外环功率控制，内环电流控制。

独立运行采用恒压/恒频控制（V-F控制），在电网故障情况下，微电网系统可独立运行，保证关键负荷供电。独立运行时，储能变流器作为电源，通过锁相技术调节逆变后的正弦电压频率。

孤岛运行时，储能变流器以V/F模式运行，提供稳定电压与频率基准给其他若干从逆变器。电压外环与电流内环共同调节，确保系统平稳运行。

无缝切换关键在于并网与独立运行模式间的协调。电网故障时，储能换流器从PQ控制转换至VF控制，实现快速、平滑的切换。采用平稳同期方法，微电网与分布式电源协同进行同期并网，通过交流电网锁相环输出信号控制储能换流器的调制频率，完成频率同步调节。

并网与独立运行之间的无缝切换，是智能微电网稳定运行的关键。通过有效的控制策略与切换机制，微电网能够实现高效、可靠的运行，为用户提供持续稳定的能源供应。

光伏储能虚拟同步发电机VSG并网仿真模型（Similink仿真实现）

在光伏储能虚拟同步发电机VSG并网仿真模型的研究中，主要关注于光伏发电与储能系统中的虚拟同步发电机VSG，并建立了其并网仿真模型。此系统作为一种新型清洁能源，能够利用太阳能发电并具备储能功能，以满足不同时间的需求。

VSG是一种模拟传统同步发电机的电力系统控制装置，能够模拟同步发电机的动态特性和响应。该研究基于光伏阵列参考文献搭建了光伏电池模型，通过扰动观察法进行最大功率点（MPPT）跟踪控制，确保光伏阵列高效转换太阳能为电能。储能系统则采用蓄电池进行充放电控制，并通过双向Buck/Boost变换器实现能量存储与释放。直流母线电压外环控制稳定电压，而电池电流内环则精确控制电池充放电过程。

逆变器控制采用虚拟同步发电机（VS）控制策略，实现有功频率控制和无功电压控制，同时结合电压和电流双环PI控制，确保系统波形完美。这些策略的综合应用使得光伏储能系统在并网运行时展现出优秀的性能和稳定性。

研究目标在于深入了解系统特性和行为，为优化运行和控制策略提供理论基础和技术支持。这一成果有望推动清洁能源系统并网接入和运行的优化，促进清洁能源的发展与应用。

在运行结果方面，通过Simulink仿真可以直观地观察到系统在不同工况下的性能和稳定性。仿真结果展示了VSG并网控制策略的有效性，为系统优化提供依据。

参考文献提供理论基础与研究支持，确保研究的严谨性与创新性。其中，文献[1]探讨了一种定量分析方法，用于多虚拟同步发电机VSG并网控制环路间交互影响。文献[2]则研究了基于虚拟同步发电机的光伏并网低电压穿越技术。

Simulink仿真实现为研究提供了直观、动态的模型展示，有助于深入理解系统运行机制，并为实际工程应用提供指导。这一过程不仅加强了对系统特性的认识，也为推动清洁能源技术的进一步发展与应用提供了有力支持。

双向PCS储能变流器（二）基于T型三电平逆变器拓扑的单级式PCS MATLAB/Simulink仿真实现

电池储能系统在电力系统中扮演着关键角色，通过平抑有功功率波动，实现削峰填谷。储能变流器（PCS）作为电池与电网间能量转换的核心，确保系统稳定运行。PCS通过控制电池的充放电过程，满足电力系统对有功功率的需求，实现能量的高效存储与释放。

PCS的拓扑结构多种多样，包含单级式和两级式，以及两电平和三电平电路。两电平拓扑在中低压应用广泛，但高压领域受限于器件问题。三电平拓扑凭借其结构优势，尤其在直流母线电压较低的电力电子设备中表现出色，适用于高压场景。

近年来，T型三电平结构在电力电子设备中应用广泛，尤其在光伏、风电、储能等领域。与I型NPC三电平结构相比，T型三电平结构在功率器件使用、损耗及EMI控制方面更具优势，适用于直流母线电压较低的场景。

基于T型三电平逆变器的双向单级式PCS，通过MATLAB/Simulink实现仿真，展示了DC/AC逆变并网与AC/DC整流能量双向流动的功能。系统设计包括三相电网电压、频率、直流电压、储能变流器开关频率、负载功率等参数。电压外环与电流内环采用PI控制器，配合三电平SVPWM空间矢量调制与锁相环技术，确保系统稳定运行。

仿真结果验证了T型三电平逆变器在双向PCS中的应用效果，具备中点电位平衡功能，实现了DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动。系统在逆变并网和整流模式下均表现出良好的性能，包括稳定的电压控制、较低的电流畸变率（THD<1%），以及中点电位平衡功能，确保了系统的高效稳定运行。

双向PCS储能变流器（一）基于I型NPC三电平逆变器拓扑的单级式PCS MATLAB/Simulink仿真实现

在电网系统中，电力负荷周期性变化，峰谷差大，为满足高峰负荷需求，电网公司需投资大量输配电设备，导致设备利用率低，整体负荷率下降。分布式发电和智能电网的大规模应用推动了储能技术的发展，储能系统可平抑可再生能源发电并网功率波动，缓解高峰负荷需求，起到“削峰填谷”作用，维持微电网功率平衡，改善电能质量，提高电网设备利用率，减少电网建设投资，降低运营成本。能量转换系统（PCS），即储能变流器，作为储能载体与电网的接口装置，起着能量双向交换的重要作用。

PCS电路拓扑分为单级式和双级式两种。单级式PCS仅含有一个双向DC/AC变流器，电路拓扑结构和控制简单，效率较高，但储能单元容量选择不够灵活，电池需要串并联成高压大电流电池组后，才能接入直流母线。

双级式PCS拓扑相对于单级式拓扑多了一个前级的双向DC/DC变流器。双级式电路拓扑结构直流侧接入电池电压范围较宽，电池组配置更加灵活，但由于多了一个双向DC/DC环节，结构和控制系统较复杂，系统效率降低。

不管是单级式PCS还是双级式PCS，都需要双向DC/AC变流器。双向DC/AC变流器可以采用两电平或三电平变流器拓扑结构。相比于两电平变流器，三电平变流器具有以下优点：

（1）桥臂上单个功率开关管承受的电压仅为直流母线电压的一半，降低了器件耐压等级的要求，从技术和经济方面都是可实现的，同时避免了器件串联时的动态均压问题，保证了系统的稳定性和可靠性；

（2）在相同调制频率下，每个开关管的开关频率是两电平的一半，交流侧电流谐波含量低，直流电压纹波小，器件损耗和应力小，电磁干扰小，减小了旋转用电设备的振荡，提高了系统的性能。

下文展示了一个50kW双向单级式PCS的MATLAB/Simulink仿真案例，主电路原理如下图，双向DC/AC变流器采用I型二极管中点钳位(Neutral Point Clamped, NPC)三电平逆变器，实现DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能。

三相电网电压3AC380V，频率50Hz，直流电压DC800V，储能变流器开关频率10kHz。AC/DC变换时负载功率50kW，DC/AC变换时并网功率P=50kW，Q=25kVar。

电压外环采用PI控制器，PQ控制时计算dq电流参考值。电流内环采用PI控制器，dq电流解耦，电网电压前馈。采用三电平SVPWM空间矢量调制。含中点电位平衡控制。含锁相环（基于单同步旋转坐标系的锁相环SRF-PLL）。控制算法框图如下图。

0-0.5s储能变流器工作在整流AC/DC模式，控制整流输出电压为DC800V，直流负载50kW，单位功率因数运行。0.5-1s储能变流器工作在逆变并网DC/AC模式，采用有功功率无功功率PQ控制，P为50kW，Q为25kVar。仿真结果如下。

基于I型二极管中点钳位(Neutral Point Clamped, NPC)三电平逆变器的双向单级式PCS的MATLAB/Simulink仿真案例，实现了DC/AC逆变并网和AC/DC整流能量双向流动的功能，具备中点电位平衡功能，上电容电压与下电容电压稳态偏差在±5V以内，同时具有较低的电流畸变率，电流THD<1%。

永磁同步风力发电机如何调节无功功率? - 知乎

并网型风力发电机组主要有两大技术路线，一种是采用双馈发电机加上转差功率变频器实现变速恒频并网，另一种是直接通过全功率变频器实现变速恒频并网，变频器在此过程扮演关键角色。永磁同步风力发电机属于第二种技术路线的机组。

传统能源发电机组的无功功率调节通过改变发电机的励磁电流实现，而风力发电机组则不同。由于风力发电机组受风况影响不能保证恒速运行，导致转速变化引起频率波动，因此不能直接并网运行，必须通过变频器实现变速恒频并网。永磁同步风力发电机通过变频器实现与电网的解耦，使得上网的有功功率和无功功率与发电机的有功功率和无功功率无关。

永磁风力发电机组通常配备的变频器为“交——直——交”四象限全功率变频器，包括机侧整流器和网测逆变器，均采用全控器件。变频器接收主控系统发送的实时指令，包括转速、转矩及上网功率（包括有功和无功），机侧整流器根据指令控制发电机三相电流或电压，以实现主控给定的转矩值，同时测量发电机转速作为反馈量进行外环补偿控制，最终稳定主控给定的转速，满足转速及叶尖速比要求，从而实现最大风能利用率。因此，永磁风力发电机的有功功率控制通过变频器的机侧整流器实现，有功功率则暂存于直流母线电容中。网侧逆变器根据主控指令输出上网功率（包括有功和无功功率），其中有功功率已通过机侧实现并暂存于直流母线电容中，网侧逆变器只需及时“取走”即可。直流母线电压的稳定是保证有功功率及时输出上网的关键，因此网侧逆变器的控制策略是稳直流母线电压，从而实现主控所要求的上网有功和无功功率。

综上所述，永磁风力发电机的控制策略为：机侧稳转速以保证有功自然输出，有功功率暂存于直流母线电容中，等待及时取用；网侧稳直流母线电压以确保有功功率及时输出，同时根据上网无功功率调整直流母线电压，实现主控要求的上网有功和无功功率。

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