并网逆变器和VSG

并网逆变器控制策略主要有几种?各自的特点是什么?

1. 本文研究了并网逆变器在电压源型发电机（VSG）和功率因数（PQ）控制模式间的平滑切换方法。

2. 分析了逆变器在不同控制模式下的工作特点，指出PQ控制缺乏对电网频率的支撑作用，而VSG控制能增加系统频率惯性。

3. 提出了在并网条件下实现VSG与PQ控制平滑切换的策略，通过电路模拟器模型整合两种控制方式的输出变量。

4. 控制切换前后电流环指令值和调制波相位，确保两种控制方式的无缝过渡，避免相位突变造成的影响。

5. 在从VSG到PQ控制切换时，利用实际输出功率作为参考值，保持幅度一致性，并通过PI控制器积分值实现平滑切换。

6. 从PQ到VSG切换时，保证电流指令值与调制相位的同步过渡，通过计算得到切换时的VSG控制电动势，确保稳定运行。

7. 综上所述，本研究提出的方法有效减少了控制切换对电能质量的影响，提升了并网逆变器的稳定性和效率。

8. 此研究成果为逆变器控制策略的优化提供了理论依据和实践指导。

电流型虚拟同步机控制（VSG)

欧洲的电流型虚拟同步机控制（VSYNC）方案，通过频率偏差和变化率控制算法，调整微网逆变器系统的性能，使其在新能源发电如风能和光伏的背景下，改善电力系统的调频和调压能力。VSG技术的核心在于模拟同步发电机特性，提供必要的惯性和阻尼，以弥补传统发电设备不足。

两种主要的VSG技术路线，即电流控制型和电压控制型，前者已在大容量新能源电站中得到实际应用。电流控制型VSG系统如图1所示，包含锁相环、有功和无功控制，以及电流内环控制。系统通过滤波电路接入电网，通过低通滤波器处理电流和频率信号，以保持系统的稳定性。

在VSG并网系统中，两个坐标系的转换关系对稳定性分析至关重要。文章详细分析了锁相环、网侧环节、电流滤波环节以及控制环节对系统小信号稳定性的影响。例如，惯性时间常数Tj和锁相环比例系数KPpll的改变，对系统的特征根和振荡模态有显著影响，可能导致系统失稳。

实验和仿真研究进一步验证了这些参数对并网稳定性的影响。电流控制型VSG在电压等级较高的电网和弱电网环境下，需要特别关注其并网适应性，以防止由于阻抗比或电网强度变化引起的失稳。通过RT-LAB的仿真实验，这些理论分析得到了验证。

总结来说，电流型VSG的控制参数对并网稳定性有显著影响，需要合理设定以确保系统在各种条件下的稳定运行。同时，双模式切换的设计允许无扰动地在VSG模式和逆变器PQ模式之间切换，强化了逆变器的并网稳定性。

风电场并网对电网电能质量会有哪些影响？

风电场并网是指将风力发电机组的电能接入到电力系统的过程。随着风电成为可再生能源的一部分，越来越多的风电场接入到电网，但风电并网可能会对电网的电能质量产生一定的影响。以下是风电场并网对电网电能质量可能产生的主要影响：

1. 电压波动与波动性

影响机制：风电发电是依赖风力的，其发电功率随风速波动，因此风电场的输出功率具有一定的不稳定性。这种不稳定性可能导致电网电压波动，尤其是在风电场容量较大或风速变化较剧烈时，可能会导致电压升降幅度较大。

影响结果：风电场并网可能导致电网电压的不平稳，特别是在风电发电量变化较大的情况下，可能引起电网频繁波动或短时电压波动，这对电网的稳定性和电能质量带来一定影响。

2. 频率波动

影响机制：风电场发电量的波动会直接影响电网的负荷平衡，从而导致电网频率的波动。特别是在风电占比高的地区，风速的突然变化或风电机组的并网/脱网，可能导致电网频率短时间内发生波动。

影响结果：频率的波动可能会对电力系统的稳定运行造成影响，影响精密设备的正常工作，并可能导致过频或欠频情况，甚至触发保护装置。

3. 谐波污染

影响机制：风电机组通常配有功率电子设备（如变流器、逆变器等）来实现与电网的并网。变流器、逆变器等设备可能会产生谐波，尤其是当风电场中的变流器数量较多时，谐波会叠加，影响电网的电能质量。

影响结果：谐波的产生会导致电网中的电压波形失真，增加电网中谐波污染的水平，从而影响其他用电设备的正常运行，特别是对一些对电能质量要求较高的精密设备，如通信设备、医疗仪器等，可能会造成干扰或损坏。

4. 电网暂态响应问题

影响机制：风电场的并网或脱网（特别是大规模风电场的并网/脱网）会引发电网的暂态响应。例如，当风电机组突然断开或并入电网时，电网可能会经历短时的电压跌落或电流波动。

影响结果：这些暂态响应可能导致电网不稳定，造成设备保护动作、瞬时电压跌落（电压暂降）等现象，影响电网运行的稳定性，甚至可能影响用户的电力供应。

5. 功率因数波动

影响机制：风电场通常并网时需要使用功率因数调节设备（如无功补偿装置），尤其是在风电机组的容量较大时。由于风电的发电功率受风速变化的影响较大，风电场的无功功率也会随之变化，进而影响功率因数的稳定性。

影响结果：功率因数的波动可能影响电网的无功功率平衡，导致电网的电压控制问题。较大的功率因数波动可能导致电力传输的效率下降，甚至可能引起电压过高或过低的现象。

6. 电网故障恢复能力

影响机制：风电机组一般采用变流器并网，在电网发生故障时，风电场可能因电网电压跌落而暂时脱网。这种现象被称为“逆变器失步”或“掉线”。一旦风电场脱网，可能导致电网的供电能力下降，甚至可能造成更大范围的电网不稳定。

影响结果：在电网发生短路或其他故障时，风电机组可能会脱网，这会加重故障后的电网恢复难度。尽管风电机组可以快速恢复正常运行，但风电场大规模脱网对电网恢复的时间和精度会产生影响。

7. 电压暂降与电压突升

影响机制：风电场中使用的变流器在并网时，可能会引起电压波动或暂降，尤其是当大量风电机组同时并网或脱网时，电压瞬时变化较大。电网出现风电场并网时可能引起电压的瞬间升高或下降。

影响结果：电压暂降（如短时电压下降）可能会导致设备的瞬时停机，尤其是电力敏感型负荷；而电压突升则可能对设备的长期运行产生影响，尤其是对于低电压运行的电气设备。

8. 稳定性和调度问题

影响机制：由于风能的不可预测性，风电场的发电量波动较大，电网的调度和负荷平衡可能因此受到影响。风电场输出功率的波动使得电网运营商在调度过程中需要更多的灵活性和调节能力，尤其是在风电占比逐渐增大的情况下。

影响结果：电网需要额外的调度灵活性，以应对风电功率波动所带来的负荷波动。这可能导致调度成本增加，并增加电网控制和稳定性的复杂度。

9. 自适应与协调性问题

影响机制：随着风电场并网规模的扩大，传统电网的调度系统可能需要进行调整以适应风电的波动性。风电场的并网可能需要引入更先进的控制和协调机制，如风电预测、储能系统、虚拟同步机（VSG）等，来增强风电与电网的协调性。

影响结果：电网对风电场的适应性和协调性可能影响电能质量和电网的稳定性。风电场的并网可能需要更高效的调度系统和更好的集成措施，以最大限度地减少对电能质量的负面影响。

10. 电网对风电场的要求

为了尽量减少对电网电能质量的影响，现代电力系统对风电场并网有较高的要求。例如，要求风电场具备一定的无功功率调节能力、低频振荡抑制能力、快速响应能力等。风电机组的控制系统需要具备稳定的电网支持功能，以便在故障发生时能够迅速采取措施，保证电网的稳定。

总结：

风电场并网对电网电能质量的影响主要体现在以下几个方面：

电压波动和电压暂降；

频率波动；

谐波污染；

电网的暂态响应问题；

功率因数波动；

故障恢复能力；

调度和稳定性问题；

风电与电网的协调性等。

为了减少这些负面影响，风电场需要具备一定的技术手段来优化与电网的协调运行，例如通过变流器的优化控制、无功功率补偿装置、储能系统的应用等，提高电网对风电并网的适应能力。

并网逆变器的VSG/PQ控制及其平滑切换方法

本文探讨并网逆变器的电压源型发电机（VSG）与功率因数控制（PQ）的平滑切换方法，针对逆变器在不同工作模式下的灵活控制需求。对于并网运行的逆变器，PQ控制因缺乏频率惯性和阻尼而难以为电网提供频率支撑，而VSG控制能增加系统频率惯性。在切换模式时，需确保切换过程对电能质量的影响最小。此外，PQ控制逆变器在离网运行时需转换至VSG控制以避免VSG过载。

为解决上述问题，提出了VSG和PQ控制在并网条件下平滑切换的策略。VSG控制通过电路模拟器模型实现输出变量电流环指令值与PQ控制方式的统一。通过控制切换前后的电流环指令值和调制波相位，实现两种控制方式的平滑过渡。在具体切换过程中，针对幅度、频率和相位的同步控制，通过反推求解PI控制器的积分初值，确保切换瞬间调制波的连续性，避免相位突变引起的影响。

在VSG到PQ的切换中，采用采样切换前VSG实际输出功率作为PQ控制的目标功率参考值，保证幅度一致性；通过反推求解PI控制器的积分值，确保切换瞬间电流指令值和调制波的平滑切换。对于PQ到VSG的切换，需满足电流指令值与调制相位的同步，通过切换前的电流环指令值作为VSG控制的初始值，实现相位的平滑过渡，并通过计算得到切换时刻VSG控制的电动势，确保切换后的运行过程中电流指令值的稳定。

综上所述，本文提出的方法实现了VSG与PQ控制的平滑切换，有效减小了控制方式转换对电能质量的影响，提高了并网逆变器在不同工作状态下的稳定性和效率。此研究为逆变器控制策略的优化提供了理论基础和实践指导。

电压源虚拟同步发电机并网控制及实现

本文探讨了电压源虚拟同步发电机（VSG）的并网控制，着重于简化传统VSG并网过程，提高其友好性。VSG系统由三相逆变全桥、LC滤波器和储能电池构成，逆变器通过并网开关Sw与电网相连。其控制策略关键在于PI调节的精度，以及处理离网、预同步和并网的顺序。

传统VSG并网方法是先离网，检测两侧电压信号，通过同步控制使幅相频一致后并网。而新方法则提出了一种直接并网策略，利用电网电压锁相方式，首先实现VSG并网，然后切换至虚拟同步机控制。这简化了硬件需求，减少了额外的电压传感器。

相比之下，传统电流源型逆变器仅需检测电网电压并进行锁相控制，而大电网环境下，VSG通常直接接入并网模块，无需离网。所提出的并网实现控制流程中，VSG在初始阶段采用电网电压锁相的功率闭环控制策略，确保并网过程的稳定性和效率。

为了验证这些改进，文章还进行了详尽的仿真分析和实验验证，展示了新方法在实际应用中的性能和有效性。

光伏虚拟同步发电机(VSG)并网simulink仿真模型

本文探讨的是光伏虚拟同步发电机(VSG)在并网系统中的Simulink仿真模型，这是一种旨在提升光伏发电系统稳定性和性能的控制策略。该模型的关键组成部分包括：

光伏阵列模型：模拟光伏电池的电气特性、阵列布局和阴影效应，以反映实际的功率输出。

逆变器控制：设计VSG控制策略，通过逆变器实现与同步发电机类似的行为，确保与电网同步运行。

电网连接：连接VSG系统到电网，考虑电网模型、同步控制点等因素，模拟两者之间的交互。

性能评估：通过仿真检查系统的动态特性、稳定性和效率，如频率响应、电压控制等。

控制策略优化：对逆变器控制器和同步发电机模型进行调整，以优化系统性能。

通过Simulink模型，研究者能评估不同控制策略的效果，并优化系统在各种工况下的表现，为光伏虚拟同步发电机的并网控制提供理论依据和实践指导。此外，模型还考虑了光伏板最大功率跟踪和Boost/逆变器控制的优化，确保了系统在高效率的同时保持稳定性。

本文所引用的参考文献为相关研究的深入探讨，为模型的构建和研究提供了技术背景。通过详细模拟和分析，这种仿真模型对于推动光伏技术的进一步发展具有重要意义。

VSG与下垂控制对比研究

传统PQ控制方式在同步电网中通过锁相环同步逆变器输出电压与电网，调整输出电流以输出预定的有功功率和无功功率。然而，其主要问题在于缺乏电压保持和频率支撑能力，因此不适合孤岛运行模式。且由于缺乏转动惯量，PQ控制方式的逆变器在电网范围应用受限。

VSG控制方式解决了PQ控制的局限性，提供电压保持、频率支撑及功率分配能力，使得逆变器在孤岛模式下也能运行，且适用于更广泛的电网环境。VSG控制策略通过直流链路中的能量储存实现虚拟惯量，有效增强系统的稳定性和响应速度。

下垂控制则是一种基于电网阻抗调整的控制方法，分为传统的P-V下垂控制和基于虚拟f-V框架的新下垂控制。新下垂控制P-V控制具有更优的功率分配能力及稳定性，适用于任意线路阻抗比的逆变器控制。下垂控制的第二层和第三层分别负责频率和电压的保持，以及并网模式下的潮流控制和优化运行。

在无功功率控制方面，VSG控制和下垂控制采用相同的Q-V下垂控制方式。VSG控制中，暂态电动势由空载电动势、无功功率调节器输出值、无功下垂系数及输出的平均无功功率组成。为方便控制，VSG输出的无功功率通常需滤除二次或三次谐波。VSG控制的摇摆方程考虑了虚拟惯量和阻尼因子，通过虚拟转子角频率与PCC点电压传感器安装处的角频率的关系来实现频率稳定控制。

通过将公式（1）和（2）中的相关变量消去，可以得到简化后的控制方程式，这有助于实现更直观的同步频率控制。在下垂控制中，有功功率控制与虚拟惯量和阻尼因子无关，当二者被设为零时，下垂控制可以视为VSG控制的特例。

在频率暂态响应分析中，通过比较在单机系统中VSG控制和下垂控制两种模型下的频率阶跃响应，可以得出在惯量较大的系统中，瞬时故障后的二次调频可有效减少最大频率偏移，使系统稳定。而惯量较小的系统在负荷变化时容易引起频率震荡，导致不必要的跳闸和甩荷动作。

研究结果表明，在负载变化过程中，VSG控制和下垂控制在稳态增益方面具有相同的特性，这意味着在稳态情况下，两种控制方式在功率分配、频率稳定性和系统响应速度方面具有相似表现。然而，VSG控制通过虚拟惯量和阻尼因子的引入，提供了更好的动态性能和稳定性，使其在孤岛运行和广泛电网应用中具有优势。

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