【摘要】：隨著化石能源的日益緊缺,及其帶來的環(huán)境問題不斷加劇,光伏、風(fēng)電等清潔能源受到了越來越多的關(guān)注。作為新能源并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備,并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)已得到了長足的發(fā)展。隨著電力電子器件性能的不斷提升,控制器計算能力的不斷加強(qiáng),人們已經(jīng)不滿足于控制并網(wǎng)逆變器單純向電網(wǎng)注入基波正弦有功電流,進(jìn)而轉(zhuǎn)向多功能并網(wǎng)逆變器的研究。多功能并網(wǎng)逆變器理論上可以在寬頻域范圍內(nèi),為電網(wǎng)提供輔助服務(wù),這樣就可以避免使用專用的設(shè)備,同時有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定、高質(zhì)量運行,降低了成本。本文圍繞基波和百Hz頻域范圍的無功電流、三相不平衡電流和低次諧波電流補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量治理,以及在0.1～2.5Hz頻域范圍功率控制,模擬同步發(fā)電機(jī)搖擺方程為電網(wǎng)提供虛擬慣性支撐,兩方面展開了研究,對多功能并網(wǎng)逆變器輔助功能實現(xiàn)的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探討。首先,從理論分析的角度對多功能并網(wǎng)逆變器不同功能進(jìn)行分析討論。建立了并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型,并對其控制策略進(jìn)行了分析,從電流環(huán)直接控制到電壓環(huán)、功率外環(huán)控制介紹了逆變器的控制思路。分析了電流質(zhì)量治理、電壓質(zhì)量治理型多功能并網(wǎng)逆變器在電壓、阻抗、電流控制環(huán)中的統(tǒng)一控制模型。對具有虛擬慣量功能的多功能并網(wǎng)逆變器的物理特征進(jìn)行了分析,指出虛擬慣量主要體現(xiàn)在功率外環(huán)的控制中,接著對下垂控制和虛擬同步發(fā)電機(jī)控制作了對比,然后介紹了幾種常見的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的實現(xiàn)方法,為全文的分析提供了理論基礎(chǔ)。然后,重點關(guān)注了電流質(zhì)量治理型多功能并網(wǎng)逆變器的具體實現(xiàn)方法,以及多目標(biāo)優(yōu)化問題�？紤]到單臺并網(wǎng)逆變器有限的裝機(jī)容量,協(xié)調(diào)發(fā)電和電能質(zhì)量治理所需的容量使其效益最高是值得關(guān)注的問題。結(jié)合一種基于突變決策理論的綜合電能評估方法,兼顧并網(wǎng)逆變器有限的裝機(jī)容量,提出一種多目標(biāo)最優(yōu)的控制策略,即盡量同時滿足綜合電能指標(biāo)最優(yōu)、補(bǔ)償容量最小兩個優(yōu)化目標(biāo)的控制方案。在諧波電流檢測方面,為了更好地配合電能質(zhì)量各指標(biāo)分開管理,采用了一種基于FBD功率理論的諧波、無功電流檢測方案,并給出了詳細(xì)的理論分析和實現(xiàn)方法。在多目標(biāo)優(yōu)化問題上,給出了基于Pareto優(yōu)化理論的求解思路。從三相組式、三相兩電平兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度,分析了多目標(biāo)優(yōu)化的問題,仿真和實驗的結(jié)果證明了所提方案的可行性。接著,探討了多臺并聯(lián)的多功能并網(wǎng)逆變器補(bǔ)償容量合理分配的方法。針對多臺并聯(lián)的多功能并網(wǎng)逆變器協(xié)同合作共同改善并網(wǎng)點電流質(zhì)量的問題,選擇了分層的多機(jī)并聯(lián)管理結(jié)構(gòu),將逆變器的本地控制器分成了跟蹤層、補(bǔ)償層、通訊層,對每層的功能和實現(xiàn)方法都給出了詳細(xì)的設(shè)計過程。逆變器僅通過與鄰近的逆變器進(jìn)行通訊,實現(xiàn)了有限時間平均一致性的分布式控制,使每臺多功能并網(wǎng)逆變器在沒有中央控制器的情況下,能夠按照剩余容量合理分配待補(bǔ)償?shù)碾娏�。在限幅控制�?配合制定次諧波補(bǔ)償?shù)姆桨?選擇了一種優(yōu)先補(bǔ)償指標(biāo)最差諧波的控制原則。利用MATLAB搭建了多機(jī)并聯(lián)的仿真模型,并且從多種不同的工況驗證了所提分散式分層控制的冗余性、有效性。最后,對多功能并網(wǎng)逆變器的虛擬慣量功能進(jìn)行了分析與改進(jìn)。詳細(xì)分析了虛擬同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、并聯(lián)運行時的功率分?jǐn)偺匦浴㈦x并網(wǎng)切換過程等控制方法。推導(dǎo)了虛擬同步發(fā)電機(jī)的小信號模型,討論不同的慣量、阻尼與逆變器功率輸出之間的關(guān)系,給出了各項關(guān)鍵控制參數(shù)的取值方法。通過分析同步發(fā)電機(jī)功率變化暫態(tài)過程與轉(zhuǎn)子慣量之間的關(guān)系,指出暫態(tài)過程按照頻率、有功功率的變化趨勢可分為不同區(qū)間并設(shè)定相應(yīng)的轉(zhuǎn)子慣量。充分利用多功能并網(wǎng)逆變器控制器的靈活性,給出了一種虛擬慣量自適應(yīng)調(diào)節(jié)的方案,并給出了參數(shù)設(shè)計的具體方法,改善了虛擬同步發(fā)電機(jī)在暫態(tài)過程中的特性,實驗結(jié)果顯示有功功率和虛擬角頻率的振蕩峰值同時得到了抑制。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM464
【圖文】：

一般情況下，并網(wǎng)逆變器按照結(jié)構(gòu)特點可以分為單級結(jié)構(gòu)和多級結(jié)構(gòu)兩種類型。由于逆變逡逑器的級數(shù)和逆變器系統(tǒng)效率、成本等有密切的關(guān)系，通常并網(wǎng)逆變器最多含有兩級結(jié)構(gòu)，逡逑如圖１．２所示。圖中最左側(cè)列出了幾種常見的分布式電源，接著是兩級的并網(wǎng)逆變器，由逡逑？逡逑

邐１料逡逑術(shù)方向得到了深入地研究，如圖１．７所示，接下來以不同的研究方向分析虛擬同步發(fā)電逡逑機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀。逡逑微電源邋儲能邋逆栙逡逑＾￣￣￣Ｖ－邐１—．邐ｒ７邋并網(wǎng)開關(guān)逡逑Ｓ邋＇逡逑W邐—邋Ｉ邐邐；［ｒ邐＿逡逑邐＾－ｆｐ—Ｍ邐Ｊ邋：參數(shù)設(shè)計：邐：頻率同步控制ｉ逡逑：儲能單兀設(shè)計：Ｗ邋ＡＬｋ邐虛‘同；Ｌ＿邋Ｐ邋，邐邐逡逑＇邐邐邋ＶＷ＼）邋ｒ￣發(fā)電機(jī)理論—ｑ諧振抑制：逡逑調(diào)制邐邐逡逑圖１．７虛擬同步發(fā)電機(jī)研究方向逡逑１．參數(shù)設(shè)計逡逑逆變器為了模擬同步發(fā)電機(jī)的外特性，需要在控制回路中對有功調(diào)頻系數(shù)、無功調(diào)壓逡逑系數(shù)、虛擬轉(zhuǎn)動慣量和阻尼４個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精心設(shè)計。其中有功調(diào)頻系數(shù)、無功調(diào)壓系逡逑數(shù)主要由所接入的電網(wǎng)決定（電網(wǎng)允許的最大頻率和電壓幅值的偏差），在后文中會有詳逡逑細(xì)的介紹。所以在參數(shù)設(shè)計方面，主要考慮的還是虛擬轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)的設(shè)計與系統(tǒng)逡逑穩(wěn)定之間的關(guān)系。文獻(xiàn)［８８］從小信號模型的角度出發(fā)，建立了并網(wǎng)、離網(wǎng)兩種工作模式下逡逑虛擬同步發(fā)電機(jī)的小信號模型，根據(jù)狀態(tài)矩陣特征值及靈敏度計算，從影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的逡逑角度進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。文獻(xiàn)［８９］通過對有功功率、無功功率線性模型的建立，構(gòu)建了傳遞函逡逑數(shù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2719420