微网VSG逆变器离并网无缝切换控制策略研究

发布时间：2020-08-08 10:13

【摘要】：在传统发电技术弊端逐渐凸显的背景下,基于光伏和风电等清洁能源的分布式发电技术正蓬勃发展。为了实现电网对大规模分布式发电系统的消纳,微网(Microgrid,MG)的概念诞生了。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generators,VSG)技术由于可模仿同步发电机的外特性和运行特性,已成为目前微网逆变器的主流控制策略之一。离网和并网是微网逆变器的两种运行模式,设计相应无缝切换控制策略可抑制切换时刻的电流冲击等不利影响,最终实现运行模式间的无缝切换。本文对如何实现微网VSG逆变器离并网无缝切换的问题进行了详细的分析研究。首先,本文详细介绍了VSG控制策略的具体实现方式,包括定子电磁方程、转子运动方程、调速器和励磁控制器的设计,分析电压电流双闭环控制中内环反馈变量的选择依据以及关键参数对VSG逆变器稳定运行的影响,并设计了变虚拟转动惯量控制策略,优化负载突变暂态过程中的频率恢复曲线,实现了VSG逆变器在并网和离网两种模式下的稳定运行。其次,对VSG逆变器离并网切换过程进行分析,总结出实现无缝切换的条件。由于锁相环(Phase-locked Loop,PLL)可以精准提取待测电压的相位,因此设计了一种基于PLL的无缝切换控制策略,策略主要包括频率补偿环节、幅值补偿环节以及无缝切换开关信号形成等部分,最终实现单台VSG逆变器离并网的无缝切换。另外,由于PLL的引入可能进一步增加系统的复杂程度,使VSG控制失去其不需要PLL的优势,因此设计一种基于虚拟功率的无缝切换控制策略。将实现虚拟功率为零作为控制目标,对基于虚拟功率的VSG逆变器无缝切换控制策略进行设计,建立小信号模型,进行稳定性分析。并将其与基于PLL的无缝切换控制策略进行对比,以便根据实际工程需求选择适合的无缝切换控制策略。最后,为了提高微网系统的整体容量与可靠性,多逆变器并联是最直接的解决方式。通过参数配置可实现多VSG逆变器并联的功率分配,将基于PLL和基于虚拟功率的无缝切换控制策略推广到多VSG逆变器并联运行的微网系统中以实现多机并联离并网无缝切换。针对不同工况以及并网瞬间逆变器间的环流问题在MATLAB/Simulink中进行仿真分析。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464

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