虚拟同步发电机在不平衡电网下的控制方法研究

发布时间：2020-10-24 02:36

　　 随着能源危机以及环境问题的日益突出,大力推进光伏等分布式电源大规模友好并网成为未来电网发展的必然趋势。而随着电网中光伏发电等分布式电源渗透率的提高,如何实现分布式电源的友好接入,有效调控以及稳定运行是亟需解决的问题,也是目前面临的重要挑战。本文以虚拟同步发电机(VSG)为研究对象,以三相不平衡电网为研究背景,研究VSG在不平衡电网下的控制方法,提高光伏发电系统在不平衡电网下的运行性能。首先,本文综述VSG的研究现状以及不平衡电网下的逆变器控制方法,分析不平衡电网下VSG控制方法研究的必要性。以三相逆变器为研究对象,基于VSG的基本原理和数学模型,分析VSG同步电抗的实现方式,并在此基础上,分析不同同步电抗实现方式下的VSG的输出阻抗特性。进而,给出不平衡系统的量化方法,并分析不平衡电网对VSG系统的不利影响。为了进一步分析VSG系统的稳定性以及参数设计方法,结合动态相量的概念,建立系统的动态小信号模型,在分析系统稳定性的基础上,兼顾功率解耦以及同步谐振抑制的思想,给出基于虚拟阻抗的参数设计方法。为准确地提取正负序分量,采用基于交叉解耦的复系数滤波器的正负序分离方法。针对不平衡电网下的功率波动以及电流不平衡问题,推导负序电流与不平衡电流以及功率二倍频波动之间的关系。提出不改变VSG电压源属性的复合型VSG控制方法,改善并网运行时的功率电流质量,提高系统带不平衡负载的能力。在PLECS仿真环境下搭建VSG仿真模型,验证复合型VSG控制方法的正确性。最后,基于三相逆变器实验样机,进行相关验证工作。实验结果证明本文所提复合型VSG控制方法能在电网电压不平衡时,实现电流平衡以及功率恒定的统一控制,同时,保证离网时逆变器能输出稳定的对称三相电压,为负载(包括不平衡负载)提供稳定的电压支撑。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341;TM464
【部分图文】：

本章在三相逆变器实验平台上完成了复合型 VSG 控制方法与传统 VSG方法的对比实验。首先介绍实验平台整体结构。然后给出系统的设计指标件平台参数。最后，基于传统 VSG 控制方法和本文所提控制方法分别在平网、不平衡电网和离网工况下进行实验验证与分析，验证本文所提控制方优越性。.1 实验平台整体结构实验平台实物图如图 5-1 所示。图 5-2 是与之相对应的 VSG 系统的硬件框图。VSG 系统实验平台主要分为主功率部分、控制部分、测试部分以及电路。其中主功率部分包括可编程直流电压源、LC 型并网逆变器、线路阻抗地负载、电网。本课题采用的可编程直流源为 Chroma62150 直流电源。电实际电网提供，为了能够模拟出不同的电网状态，实际电网通过隔离变压器经过三相调压器即可得到不同电压等级的三相电压。此外，为了模拟出不电网，在三相调压器后接入单相调压器，通过对单相调压器的控制即可实三相不平衡电网不平衡程度的控制。

传统VSG控制并入平衡电网时的实验波形

- 50 --500(b) 有功和无功功率波形 5-4 传统 VSG 控制并入不平衡电网时的实验波形SG 控制方法下的并网实验结果SG 并入平衡电网时的实验结果与分析了提出适用于不平衡工况的复合型 VSG 控制方法条件下该方法的适用性。图 5-5 为复合型 VSG 控波形。从图 5-5（a）可以看出，电压电流波形正均为对称的三相量。从图（b）可以看出，有功和功功率平均值为 1000W，无功功率平均值为 0Va该复合型的 VSG 控制方法在平衡电网下同样适用
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本文编号：2853902