【摘要】：隨著可再生能源在電網(wǎng)能源構(gòu)成中所占比例的不斷增加,電力系統(tǒng)正在逐步由集中式發(fā)電向分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變,大量的分布式電源通過(guò)電力電子變流裝置接入電網(wǎng),由于其缺乏傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)具有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和系統(tǒng)阻尼,給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。虛擬同步機(jī)技術(shù)使得分布式電源或可控負(fù)荷在模擬同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的同時(shí)還具備了參與系統(tǒng)一次調(diào)頻、調(diào)壓的能力,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的自主維護(hù),對(duì)解決分布式發(fā)電系統(tǒng)的頻率、電壓穩(wěn)定問(wèn)題具有重要意義。本文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863計(jì)劃”項(xiàng)目“新型太陽(yáng)電池、組件和系統(tǒng)部件技術(shù)”的課題“光伏微電網(wǎng)核心設(shè)備與控制系統(tǒng)研制及示范應(yīng)用”(2015AA050603)和河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微網(wǎng)系統(tǒng)自同步電壓源逆變器并聯(lián)技術(shù)研究”(E2015502046),以分布式發(fā)電系統(tǒng)一次調(diào)節(jié)和慣量控制為核心問(wèn)題開(kāi)展研究,重點(diǎn)研究了計(jì)及源端動(dòng)態(tài)特性的虛擬同步機(jī)控制策略,不同控制形式的分布式電源同步調(diào)節(jié)特性及其慣量匹配原則,然后建立了虛擬同步機(jī)多機(jī)并列系統(tǒng)的高精度小信號(hào)模型并進(jìn)行了虛擬同步機(jī)核心控制參數(shù)的穩(wěn)定性分析,最后搭建了基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的虛擬同步機(jī)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)相關(guān)控制方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)分析了可再生能源高滲透率的分布式發(fā)電系統(tǒng)面臨的穩(wěn)定性問(wèn)題,以及系統(tǒng)一次調(diào)節(jié)和慣性支撐能力對(duì)系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定運(yùn)行的影響,對(duì)虛擬同步機(jī)基本思想、技術(shù)沿革、典型應(yīng)用、發(fā)展方向等方面進(jìn)行了梳理歸納,總結(jié)了虛擬同步機(jī)目前仍需深入研究的關(guān)鍵問(wèn)題以及未來(lái)相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。(2)提出了光伏運(yùn)行工作點(diǎn)跟蹤方向可變的變功率點(diǎn)跟蹤控制方法,并闡述了該方法的具體實(shí)施過(guò)程,該方法在光伏陣列輸出功率不足時(shí)能夠保持MPPT的控制特性以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最大功率支撐,而在光伏陣列輸出功率過(guò)剩時(shí)能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié)光伏輸出以維持系統(tǒng)功率穩(wěn)定;進(jìn)而提出了基于變功率點(diǎn)跟蹤控制的光伏虛擬同步機(jī)控制策略,該策略考慮了虛擬同步機(jī)源端分布式能源隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)虛擬同步機(jī)輸出特性的影響,克服了基于傳統(tǒng)MPPT控制的虛擬同步機(jī)在光伏輸出功率過(guò)剩時(shí)容易造成系統(tǒng)功率失衡、直流母線電壓崩潰的技術(shù)缺陷。(3)建立了傳統(tǒng)下垂控制DG逆變器與虛擬同步機(jī)相統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型,分別實(shí)現(xiàn)了下垂控制方程與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程、下垂控制系數(shù)與慣性時(shí)間常數(shù)在物理意義上的統(tǒng)一;研究了分布式發(fā)電系統(tǒng)在遭受負(fù)荷擾動(dòng)或源端出力擾動(dòng)后系統(tǒng)頻率和功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程的物理本質(zhì),指出了系統(tǒng)受到小干擾后維持穩(wěn)定運(yùn)行本質(zhì)上取決于轉(zhuǎn)子角加速度和轉(zhuǎn)子相對(duì)角速度是否同時(shí)為零;提出了兩臺(tái)SG并聯(lián)系統(tǒng)、兩臺(tái)VSG并聯(lián)系統(tǒng)、下垂控制DG逆變器與VSG并聯(lián)系統(tǒng)三種典型分布式電源并聯(lián)結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)功率分配規(guī)律和相應(yīng)的核心控制參數(shù)配置原則;針對(duì)分布式電源多機(jī)并列系統(tǒng)頻率和功率暫態(tài)同步性和一致性問(wèn)題,提出了分布式發(fā)電系統(tǒng)多機(jī)并列運(yùn)行慣量匹配方法。(4)提出了包含控制系統(tǒng)中所有中間控制環(huán)節(jié)狀態(tài)變量的VSG單機(jī)以及VSG多機(jī)并列系統(tǒng)的小信號(hào)精確模型建立方法,該模型以基于虛擬阻抗和電壓電流雙閉環(huán)控制的VSG控制策略為對(duì)象,實(shí)現(xiàn)了對(duì)主電路參數(shù)、下垂控制參數(shù)、虛擬慣量參數(shù)、雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)、線路阻抗參數(shù)、虛擬阻抗參數(shù)等VSG核心參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的系統(tǒng)特征根軌跡分析及靈敏度分析,為VSG單機(jī)及VSG多機(jī)并列系統(tǒng)穩(wěn)定性分析奠定理論基礎(chǔ),同時(shí)為VSG相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基本設(shè)計(jì)原則和穩(wěn)定性判據(jù)。(5)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的VSG半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別針對(duì)VSG單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行和VSG雙機(jī)并聯(lián)兩種工況,在不同特性負(fù)荷擾動(dòng)、并離網(wǎng)切換情況下實(shí)驗(yàn)分析了虛擬同步機(jī)一次調(diào)頻、一次調(diào)壓、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、功率解耦、負(fù)荷功率分配等特性,驗(yàn)證了本文提出的分析方法和控制策略的正確性。
【圖文】：

側(cè)）和虛擬同步電動(dòng)機(jī)（負(fù)荷側(cè)）兩種形式。逡逑虛擬同步機(jī)（Ｖｉｒｔｕａｌ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍａｃｈｉｎｅ，邋ＶＳＭ）技術(shù)是一種電力電子變逡逑流器的特殊控制技術(shù)，如圖１－２所示，該控制技術(shù)以傳統(tǒng)同步電機(jī)的機(jī)電暫態(tài)逡逑—兔R憽掊義夏茉村危咤義系繽義系刃В蝚擬Ｉ邐貫＂￥、—逡逑？邐人善ｆ邋Ｊ逡逑｜原動(dòng)機(jī)｜同步發(fā)電機(jī)逡逑圖１－２虛擬同步機(jī)技術(shù)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｖｉｒｔｕａｌ邋ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ逡逑６逡逑

１．２虛擬同步機(jī)研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１虛擬同步機(jī)發(fā)展沿革逡逑虛擬同步機(jī)相關(guān)技術(shù)發(fā)展沿革如圖１－３所示。１９９７年，電氣和電子工程師逡逑協(xié)會(huì)（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ邋ｏｆ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ａｎｄ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，邋ＩＥＥＥ）邋“柔性交流輸電系逡逑統(tǒng)”（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ＡＣ邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ，，邋ＦＡＣＴＳ邋）工作組定義了邋一邋系列關(guān)于逡逑ＦＡＣＴＳ的術(shù)語(yǔ)，其中首次使用了邋“靜止式同步發(fā)電機(jī)”（Ｓｔａｔｉｃ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ逡逑Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，邋ＳＳＧ）的概念［３６１，定義ＳＳＧ為輸出電壓可調(diào)的功率變流器，其可以逡逑為交流電力系統(tǒng)提供獨(dú)立可控的有功功率和無(wú)功功率。但是ＳＳＧ多以電流源形逡逑式接入電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)可再生能源的最大利用率［３７１，因此單純ＳＳＧ不具備一次調(diào)逡逑“ＶＳＧ”方案改進(jìn)“ＶｉＳＭＡ”方案逡逑侉漢大學(xué)邐ＣｈｅｎＹｏｎｇ教授逡逑—ＢＢ—｜？電流源型邋ｖｓｇ逡逑ＳＳＧ概念邋“Ｖ１ＳＭＡ”方案逡逑ＩＥＥＥ邋Ｔａｓｋ邋Ｆｏｒｃｅ克勞
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683747