Адаптивный алгоритм управления на основе виртуального синхронного генератора. Часть 2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Увеличение уровня внедрения генерирующих установок на базе возобновляемых источников энергии с применением силовых преобразователей (СП) оказывает непосредственное влияние на динамические свойства современных энергосистем и, как следствие, характер протекания переходных процессов. Одной из основных проблем в таких сетях является значительное изменение величины общей инерции системы в течение времени, что приводит к увеличению скорости изменения частоты и величины ее максимального отклонения при различных возмущениях. Перспективным направлением решения данной проблемы является синтез новых структур систем управления СП на базе виртуального синхронного генератора (ВСГ) с адаптивно изменяющимися параметрами. Результаты исследования в рамках данного направления представлены в статье, которая состоит из двух частей. В первой части обоснована зависимость эффективности функционирования адаптивных алгоритмов управления параметрами ВСГ от используемой структуры. Выполнен сравнительный анализ разработанной модифицированной структуры ВСГ с традиционными алгоритмами и доказаны его принципиальные преимущества. Во второй части статьи представлен анализ влияния параметров модифицированной структуры ВСГ на динамический отклик с помощью переходных характеристик во временной области. На основе полученных результатов разработаны адаптивные алгоритмы независимого управления виртуальной инерцией и параметрами демпферной обмотки ВСГ. Выполненное математическое моделирование подтвердило надежную и эффективную работу разработанных адаптивных алгоритмов управления и модифицированной структуры ВСГ в целом. Из полученных в статье теоретических и экспериментальных результатов следует необходимость одновременного развития и совершенствования адаптивных алгоритмов управления и используемых для этого структур ВСГ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Суворов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: aba7@tpu.ru
Россия, Томск

А. Б. Аскаров

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: aba7@tpu.ru
Россия, Томск

Н. Ю. Рубан

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: aba7@tpu.ru
Россия, Томск

Ю. Д. Бай

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет”

Email: aba7@tpu.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Alipoor J., Miura Y., Ise T. Power System Stabilization Using Virtual Synchronous Generator With Alternating Moment of Inertia // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2015. V. 3(2). P. 451–458. https://doi.org/ 10.1109/JESTPE.2014.2362530
  2. Li J., Wen B., Wang H. Adaptive Virtual Inertia Control Strategy of VSG for Micro-Grid Based on Improved Bang-Bang Control Strategy // IEEE Access, 2019. V. 7. P. 39509–39514. https://doi.org/ 10.1109/ACCESS.2019.2904943
  3. Malekpour M., Kiyoumarsi A., Gholipour M. A hybrid adaptive virtual inertia controller for virtual synchronous generators // International Transactions on Electrical Energy Systems, 2021. V. 31(7). e12913. https://doi.org/ 10.1002/2050-7038.12913
  4. Fang H., Yu Z. Improved virtual synchronous generator control for frequency regulation with a coordinated self-adaptive method // CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2020. https://doi.org/ 10.17775/CSEEJPES.2020.01950. (в печати)
  5. Zheng T. et al. Adaptive Damping Control Strategy of Virtual Synchronous Generator for Frequency Oscillation Suppression // 12th IET International Conference on AC and DC Power Transmission, 2016. P. 1–5. https://doi.org/ 10.1049/cp.2016.0458
  6. Shi K. et al. Rotor inertia adaptive control and inertia matching strategy based on parallel virtual synchronous generators system // IET Generation, Transmission & Distribution, 2020. V. 14(10). P. 1854–1861. https://doi.org/ 10.1049/iet-gtd.2019.1394
  7. Wang Q. et al. Improved Adaptive Inertia and Damping Coefficient Control Strategy of VSG Based on Optimal Damping Ratio // International Power Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022-ECCE Asia), 2022. P. 102–107. https://doi.org/ 10.23919/IPEC-Himeji2022-ECCE53331.2022.9806825
  8. Qu S., Wang Z. Cooperative Control Strategy of Virtual Synchronous Generator Based on Optimal Damping Ratio // IEEE Access, 2021. V. 9. P. 709–719. https://doi.org/ 10.1109/ACCESS.2020.3046626
  9. Chen J. et al. Adaptive Virtual Synchronous Generator Considering Converter and Storage Capacity Limits // CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022. V. 8(2). P. 580–590. https://doi.org/ 10.17775/CSEEJPES.2019.03360
  10. Li M. et al. A Dual-Adaptivity Inertia Control Strategy for Virtual Synchronous Generator // IEEE Transactions on Power Systems, 2020. V. 35(1). P. 594–604. https://doi.org/ 10.1109/TPWRS.2019.2935325
  11. Sun L. et al. Adaptive Inertia Control of Virtual Synchronous Generator Based on Power Feedback // IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC), 2021. P. 1–5. https://doi.org/ 10.1109/CIEEC50170.2021.9510442
  12. Wang F. et al. An Adaptive Control Strategy for Virtual Synchronous Generator // IEEE Transactions on Industry Applications, 2018. V. 54(5). P. 5124–5133. https://doi.org/ 10.1109/TIA.2018.2859384
  13. Li D. et al. A Self-Adaptive Inertia and Damping Combination Control of VSG to Support Frequency Stability // IEEE Transactions on Energy Conversion, 2017. V. 32(1). P. 397–398. https://doi.org/ 10.1109/TEC.2016.2623982e,hfnm
  14. Markovic U. et al. LQR-Based Adaptive Virtual Synchronous Machine for Power Systems with High Inverter Penetration // IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2019. V. 10(3). P. 1501–1512. https://doi.org/ 10.1109/TSTE.2018.2887147e,hfnm

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Переходная характеристика отклонения угловой частоты при разных значениях постоянной инерции.

Скачать (10KB)
3. Рис. 2. Диаграмма Вышнеградского в координатах A, B с линиями равных наибольших значений модуля, наиболее удаленного от мнимой оси корня (ρ) и равного быстродействия (η).

Скачать (30KB)
4. Рис. 3. (а) точки № 1 и № 2 на плоскости в осях A, B, отличающиеся значением ρ; (б) переходные характеристики отклонения угловой частоты, соответствующие координатам точек № 1 и № 2 и рассматриваемые на этапе ускорения.

Скачать (23KB)
5. Рис. 4. (а) точки № 1 и № 2 на плоскости в осях A, B, отличающиеся значением η; (б) переходные характеристики отклонения угловой частоты, соответствующие координатам точек № 1 и № 2 и рассматриваемые на этапе торможения.

Скачать (26KB)
6. Рис. 5. График изменения коэффициента kH1.

Скачать (10KB)
7. Рис. 6. График изменения виртуальной инерции ВСГ.

8. Рис. 7. График изменения коэффициента kH2.

9. Рис. 8. Влияние изменения инерции ВСГ на скорость изменения частоты при разных вариантах реализации сигмоидальной функции.

Скачать (35KB)
10. Рис. 9. Характер изменения коэффициента kH4.

Скачать (50KB)
11. Рис. 10. Принцип работы алгоритма адаптивной инерции ВСГ.

Скачать (51KB)
12. Рис. 11. Характер изменения виртуальной инерции при изменении частоты.

Скачать (22KB)
13. Рис. 12. Осциллограммы изменения тока демпферной обмотки при возмущениях.

Скачать (27KB)
14. Рис. 13. Принцип работы алгоритма адаптивной виртуальной демпферной обмотки ВСГ.

Скачать (44KB)
15. Рис. 14. Результаты моделирования при разных возмущениях: (а) изменение Pуст; (б) изменение частоты сети; (в) наброс нагрузки.

Скачать (39KB)
16. Рис. 15. Гистограммы с характеристиками переходных процессов при разных возмущениях: (а) изменение Pуст; (б) изменение частоты сети; (в) наброс нагрузки.

Скачать (48KB)
17. Рис. 16. Осциллограммы процессов при набросе нагрузки и разных уставках df/dtуст: (а) частота ВСГ; (б) скорость изменения частоты и значения уставки df/dtуст; (в) инерция при разных алгоритмах.

Скачать (50KB)

© Российская академия наук, 2024