基于FPGA的虚拟同步发电机的微网并网逆变器研究

发布时间：2020-07-02 21:52

【摘要】：并网逆变器作为连接微电网和电网的重要装置,其控制策略和控制系统硬件的优劣是影响逆变器性能和系统稳定的两个关键因素。基于矢量控制策略的传统逆变器由于功率控制与频率解耦,此类逆变器大量并网后将会使系统的阻尼变弱,从而危及电力系统的稳定运行。针对传统逆变器存在的不足,本文研究了虚拟同步发电机的控制策略,以解决逆变器的惯量和阻尼问题;为了进一步提高逆变器的实时性和控制性能,提出了基于FPGA(现场可编程门阵列,Field-Programmable Gate Array)的逆变器硬件设计方案。首先深入研究了虚拟同步发电机控制策略的原理,借鉴同步发电机的控制理论,设计了虚拟调速器和虚拟励磁调节器。该控制策略相比于传统控制策略不仅有许多优点,而且使得逆变器的外特性能表现出同步发电机相似的惯性和阻尼作用,提高电网接纳分布式电源的能力。然后详细分析了逆变器的硬件拓扑,围绕FPGA完成了采集电路、驱动电路和保护电路等硬件电路设计。并在有限资源下,使用FPGA完成信号采集计算、脉宽调制和虚拟同步发电机控制算法等程序的编程,为逆变器硬件设计提供了一个可行的技术方案。最后在基于FPGA的虚拟同步发电机平台上与传统下垂控制策略进行对比实验,在孤岛电压阶跃、负荷投切、并网离网等工况下开展实验研究。实验结果表明,基于FPGA的虚拟同步发电的逆变器,不仅有着同步发电机相似的外特性,而且还具有良好的控制性能和动态响应能力,提高了系统的实时性和稳定性。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464;TM341
【图文】：

网结构,和频率,逆变器,策略

广泛应用在并网逆变器和储能逆变器中。使用该策略，主要目的是保持逆变器的输出功逡逑率稳定，即使系统的电压和频率出现波动时，输出功率不跟随系统的变化而变化，因此逡逑该策略不能有效的稳定系统的电压和频率［２７］。Ｐ／Ｑ控制的工作原理如图１－２所示，由图逡逑４逡逑

工作原理,电网,逆变器,惯性

逦Ｚ逡逑控制策略逡逑图１－１微电网结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄ逡逑逆变器作为电网和和微电网之间联系的桥梁，是微电网研究课题中的一个重要的研逡逑宄内容，逆变器的研宄一直得到许多研究者的青睐，并取得了大量有建设性的成果，促逡逑进了微电网的研究发展。逆变器的优势和发展得到学界的高度关注和认可，然而逆变器逡逑由电力电子装置构成，几乎没有转动惯量，输出阻抗低，过载能力低，导致微电网中的逡逑分布式电源惯性很小，不能很好的与传统电网中的同步发电机协调控制。不能拥有传统逡逑电网中的同步发电的惯量作用和阻尼作用，响应速度快，难以配合电网的调控，缺乏在逡逑电网和微电网之间建立同步协调的能力。大量的电子电子器件接入电网，也会在一定程逡逑度上降低电网惯性

【参考文献】