直流配電網(wǎng)中VSC的靈活虛擬慣性控制及其穩(wěn)定性研究

發(fā)布時間：2020-09-08 16:16

　　直流配電網(wǎng)憑借在分布式電源接入、增強系統(tǒng)可控性以及提升新能源利用率等方面的顯著優(yōu)勢成為了未來配電網(wǎng)的一個選擇,直流配電網(wǎng)的控制策略對于功率的優(yōu)化協(xié)調(diào)、改善電能質(zhì)量以及提高供電可靠性都起著關(guān)鍵的作用。然而,由于直流配電網(wǎng)具有低慣性的特點,系統(tǒng)的波動會對直流電壓的質(zhì)量及其穩(wěn)定性造成影響,因此有必要引入虛擬慣性來提高直流電壓質(zhì)量。為了使系統(tǒng)的虛擬慣性能夠適應不同的波動類型以及擾動的不同階段而靈活可控,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的范圍內(nèi),當電壓波動較快時增強慣性作用,在系統(tǒng)恢復時減小慣性同時縮短響應時間,本文對直流配電網(wǎng)的靈活虛擬慣性控制策略及其穩(wěn)定性進行了研究。主要工作及成果如下:(1)本文首先分析了含多類型分布式電源的典型直流配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu),其中電壓源換流器VSC是實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的重要角色,并介紹了VSC的基本原理及其數(shù)學模型;其次研究了直流配電網(wǎng)的分層調(diào)壓控制體系,包含一次調(diào)壓、二次調(diào)壓和三次調(diào)壓3個層次;最后分析了廣泛采用的電壓下垂控制方法作為一次調(diào)壓控制時由于其存在電壓偏差會導致直流電壓質(zhì)量下降,從而說明了為直流配電網(wǎng)引入虛擬慣性對改善電壓質(zhì)量的重要作用。(2)針對傳統(tǒng)的虛擬慣性控制方法中慣性大小無法根據(jù)系統(tǒng)的實際工況進行自適應調(diào)節(jié)的問題,將基于虛擬同步發(fā)電機(VSG)控制的交流系統(tǒng)的慣性和直流系統(tǒng)的慣性進行了對比分析,并提出了一種直流配電網(wǎng)的靈活虛擬慣性控制策略,為受到擾動的直流配電網(wǎng)提供靈活可調(diào)的慣性支持,從而減弱系統(tǒng)擾動對直流電壓的穩(wěn)定性造成的嚴重影響,進一步改善電壓質(zhì)量。利用Matlab/Simulink搭建了六端直流配電網(wǎng)仿真平臺,驗證了所提控制策略的有效性。(3)直流配電網(wǎng)采用所提靈活虛擬慣性控制時相關(guān)控制參數(shù)的變化會影響到系統(tǒng)虛擬慣性的大小,進而影響直流電壓的穩(wěn)定性,因此本文構(gòu)建了基于所提控制策略的六端直流配電網(wǎng)的小信號模型,用來對所提控制方法進行小信號穩(wěn)定性分析,為探究所提控制方法中主要控制參數(shù)的變化對直流電壓穩(wěn)定性的影響規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。(4)根據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)小信號模型和狀態(tài)空間矩陣,通過靈敏度分析和繪制根軌跡的方法,揭示了所提控制策略中關(guān)鍵參數(shù)的變化對系統(tǒng)直流電壓穩(wěn)定性的影響規(guī)律,從而為控制參數(shù)的選擇提供了一定的理論依據(jù),最后通過仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
【學位單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM721.1;TM712
【部分圖文】：

拓撲結(jié)構(gòu)圖,直流電網(wǎng),輻射型,拓撲結(jié)構(gòu)