【摘要】：近年來,分布式電源在電網(wǎng)中的滲透率不斷提高,由于其并網(wǎng)接口的電力電子設(shè)備缺乏慣量和阻尼,給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了潛在威脅。虛擬同步發(fā)電機(jī)(Virtual Synchronous Generator,VSG)模擬了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,為系統(tǒng)引入了虛擬慣量和阻尼,同時(shí)又能夠參與電網(wǎng)電壓和頻率調(diào)節(jié),對提高分布式電源并網(wǎng)穩(wěn)定性具有十分重要的意義。結(jié)合新能源發(fā)電系統(tǒng)慣性小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn),本文主要研究一種低慣量下的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略,并在此基礎(chǔ)上提出了一種微網(wǎng)逆變器均衡控制策略及參數(shù)設(shè)計(jì)方法,接著對低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了小信號建模及穩(wěn)定性對比分析。本文研究的主要內(nèi)容如下:1、闡述了低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略的基本原理,進(jìn)而提出了一種基于低慣量VSG的微網(wǎng)逆變器均衡控制方法:通過逆變器頻率與電網(wǎng)頻率的組合反饋控制實(shí)現(xiàn)了下垂系數(shù)與阻尼系數(shù)的獨(dú)立調(diào)節(jié);通過電網(wǎng)頻率邏輯判斷環(huán)節(jié)來切換功率外環(huán)從而有效抑制了頻率發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)的過流情況;通過電感電流與電容電流的加權(quán)控制均衡了微網(wǎng)逆變器輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)和孤島并聯(lián)均流特性之間的矛盾。根據(jù)該均衡控制策略,提出了一種低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。所搭建的MATLAB/Simulink仿真模型驗(yàn)證了所提控制策略和參數(shù)設(shè)計(jì)方法的可行性與有效性。2、采用模塊化的建模方法建立了低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)孤島運(yùn)行時(shí)的高階小信號模型,使得子模型之間相互獨(dú)立且易于修改、拓展。同時(shí),通過特征根、特征向量、特征根靈敏度及參與因子分析了小擾動(dòng)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性,并利用特征根軌跡探究了功率環(huán)控制器參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的影響,為低虛擬慣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。3、為分析比較單電壓環(huán)和電壓電流雙環(huán)兩種內(nèi)環(huán)控制器的性能,分別建立了基于上述兩種內(nèi)環(huán)控制器的低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)單機(jī)和雙機(jī)系統(tǒng)小信號模型,基于這些模型,給出了由單機(jī)到雙機(jī)的系統(tǒng)特征根變化規(guī)律及控制器參數(shù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)范圍。雙機(jī)時(shí)控制器各參數(shù)的可調(diào)節(jié)范圍與單機(jī)時(shí)相比顯著縮小,尤其是單電壓環(huán)的電壓比例系數(shù)、電壓電流雙環(huán)的電流積分系數(shù),雙機(jī)時(shí)其可調(diào)節(jié)范圍很小。另外,雙環(huán)控制中以電感電流為反饋的電流環(huán)能夠增大系統(tǒng)阻尼,對系統(tǒng)振蕩起到明顯的抑制作用。最后,仿真結(jié)果證明了小信號模型及穩(wěn)定性分析的正確性。4、基于小功率實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成了低慣量虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的簡單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【圖文】：

利用式(2.27)可以求得1 2D D=-1 36313.58。由此可見阻尼系數(shù)正負(fù)可調(diào)，從而給系統(tǒng)增加了一個(gè)自由度，同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性的要求，又不影響穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率分配。系統(tǒng)其它參數(shù)如表 2.1 所示。表 2.1 500kW-VSG 的主要參數(shù)Tab. 2.1 Main parameters of the 500KW-VSG prototype參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值額定線電壓(V) 315 功角下垂系數(shù) m (rad/kW) 0.0063直流側(cè)電壓(V) 650 無功下垂系數(shù) n(V/kVar) 0.0126橋臂電感 L1(mH) 0.05電壓比例系數(shù) Kpu 2濾波電容 C(μF) 100電壓積分系數(shù) Kiu 200諧振頻率(Hz) 2250電流比例系數(shù) Kii 0.2采樣頻率 fs(kHz)500電網(wǎng)頻率低閾值 ωg1(rad/s)311.02開關(guān)頻率 fsw(kHz)3電網(wǎng)頻率高返回值ωg2(rad/s)317.30隔離變壓器(V) 315/25000 有功功率標(biāo)幺值 2.90×107

圖 5.5 DSP 中實(shí)際模擬量與數(shù)字量的擬合曲線g 5.5 Fitting curve of actual analog and digital values in D以及圖 5.5 便可以對交流 A 相電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，，同流電壓，交流電流的校準(zhǔn)也依此完成。實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了硬件過流保護(hù)電圖如圖 5.6 所示。類似于電流采樣電路，首先將電阻 R1 轉(zhuǎn)換為電壓信號，之后考慮到交流電流電壓比較器構(gòu)成兩個(gè)電壓閾值上限，與電流采樣的電壓值在閾值內(nèi)，則輸出高電平給 DSP；若對電平給 DSP。具體電流保護(hù)范圍如式(5.4)所示ACR4R3R2VC
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2606621