本文關(guān)鍵詞：基于虛擬同步電機(jī)原理的電力電子變壓器控制研究

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【摘要】：隨著分布式發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,大量的分布式發(fā)電裝置以及儲(chǔ)能設(shè)備將接入電網(wǎng),同時(shí)以電動(dòng)汽車(chē)為代表的新型負(fù)載的加入,配電網(wǎng)的能量控制與管理將會(huì)變得十分復(fù)雜,傳統(tǒng)的配電設(shè)備已無(wú)法滿足未來(lái)配電網(wǎng)的需求,更無(wú)法適應(yīng)未來(lái)電力市場(chǎng)化的需要。由此結(jié)合電力電子技術(shù)與信息技術(shù)的電力電子變壓器(Power Electronic Transformer, PET)得到了廣泛的研究,其可為各類分布式發(fā)電裝置以及負(fù)載提供靈活多樣的電氣接口,同時(shí)各接口變流器具有響應(yīng)能量主動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。然而,基于功率變換電路構(gòu)成的PET,雖然各接口變流器功率響應(yīng)速度快,但不具備同步電機(jī)的機(jī)械特性以及同步運(yùn)行機(jī)制,因而隨著PET在配電網(wǎng)中滲透率的逐漸提高,其功率變流器對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將不容忽視。其中,高壓交流接口由于缺乏足夠的慣性與阻尼特性,在并網(wǎng)模式下易導(dǎo)致配電網(wǎng)暫態(tài)不穩(wěn)定,甚至?xí)鸩⒕W(wǎng)電流對(duì)配電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)缺乏同步運(yùn)行機(jī)制,無(wú)法響應(yīng)配電網(wǎng)電壓／頻率調(diào)節(jié)。而PET低壓交流接口由于缺乏大電網(wǎng)的支撐,在響應(yīng)功率調(diào)節(jié)過(guò)程中,易影響低壓側(cè)系統(tǒng)的電能質(zhì)量。為此,本文基于虛擬同步電機(jī)原理,針對(duì)PET交流接口控制展開(kāi)研究。首先,根據(jù)PET高、低壓交流接口應(yīng)用場(chǎng)景以及功能上的不同,提出了相應(yīng)的控制策略。其中,高壓交流接口根據(jù)同步電機(jī)運(yùn)行機(jī)理,建立了有功-頻率、無(wú)功-電壓以及并網(wǎng)電流控制策略,提升了高壓交流接口柔性,抑制了并網(wǎng)電流諧波畸變率,減少了對(duì)配電網(wǎng)的沖擊；同時(shí)PET具有自動(dòng)響應(yīng)配電網(wǎng)電壓／頻率調(diào)節(jié)的能力,有效地增強(qiáng)了配電網(wǎng)穩(wěn)定性。低壓交流接口通過(guò)外環(huán)有功-頻率和無(wú)功-電壓控制器融合虛擬同步電機(jī)技術(shù),提升了低壓交流接口的功頻響應(yīng)以及無(wú)功調(diào)節(jié)特性,有效地增強(qiáng)了低壓側(cè)系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定性。而內(nèi)環(huán)電壓電流通過(guò)PR控制器,使得輸出電壓能夠較好地跟蹤電壓參考值,并采用電流控制環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)節(jié),提高了功率響應(yīng)速度,維持了低壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。然后,通過(guò)建立虛擬同步電機(jī)控制器小信號(hào)模型,分析了相關(guān)參數(shù)對(duì)PET功率調(diào)節(jié)的影響,并研究了PET在虛擬同步電機(jī)控制下的并網(wǎng)以及并聯(lián)運(yùn)行特性,最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平臺(tái)搭建了系統(tǒng)仿真模型,并搭建了實(shí)驗(yàn)小樣機(jī),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提控制策略的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：配電網(wǎng) 電力電子變壓器 電能質(zhì)量 虛擬同步電機(jī) 小信號(hào)模型
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及意義10-12
• 1.2 電力電子變壓器研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 虛擬同步電機(jī)控制研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 電流型虛擬同步電機(jī)控制技術(shù)15-16
• 1.3.2 電壓型虛擬同步電機(jī)控制技術(shù)16-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 第2章 電力電子變壓器原理與模型19-32
• 2.1 電力電子變壓器結(jié)構(gòu)及工作原理19-21
• 2.2 高壓交流接口模型及控制分析21-24
• 2.3 直流接口模型及控制分析24-25
• 2.4 低壓交流接口模型及控制分析25-31
• 2.4.1 低壓交流接口模型25-27
• 2.4.2 低壓交流接口控制分析27-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 電力電子變壓器虛擬同步電機(jī)控制研究32-46
• 3.1 同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型32-34
• 3.2 高壓交流接口虛擬同步電機(jī)控制34-41
• 3.2.1 有功-頻率控制36-38
• 3.2.2 無(wú)功-電壓控制38-40
• 3.2.3 并網(wǎng)電流控制40-41
• 3.3 低壓交流接口虛擬同步電機(jī)控制41-45
• 3.3.1 基于VSG技術(shù)的外環(huán)控制41-44
• 3.3.2 內(nèi)環(huán)電壓電流控制44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 PET虛擬同步電機(jī)控制參數(shù)及運(yùn)行特性分析46-58
• 4.1 高壓交流接口濾波參數(shù)攝動(dòng)影響分析46-48
• 4.2 慣性與阻尼參數(shù)分析與整定48-52
• 4.2.1 慣性與阻尼參數(shù)分析48-49
• 4.2.2 慣性與阻尼參數(shù)整定49-52
• 4.3 電力電子變壓器運(yùn)行特性分析52-57
• 4.3.1 高壓交流接口并網(wǎng)運(yùn)行特性分析52-54
• 4.3.2 低壓交流接口離網(wǎng)運(yùn)行特性分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 基于虛擬同步電機(jī)控制的PET系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)58-75
• 5.1 PET系統(tǒng)仿真模型及參數(shù)58-61
• 5.1.1 仿真模型58-60
• 5.1.2 仿真參數(shù)60-61
• 5.2 PET系統(tǒng)仿真分析61-70
• 5.2.1 穩(wěn)態(tài)仿真分析61-67
• 5.2.2 動(dòng)態(tài)仿真分析67-70
• 5.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證70-74
• 5.3.1 PET穩(wěn)態(tài)整體輸出實(shí)驗(yàn)70-73
• 5.3.2 PET同步電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 致謝81-82
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間獲得的研究成就82

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本文編號(hào)：806313