虚拟同步发电机的同步频率谐振机理和阻尼抑制

发布时间：2017-05-12 23:05

  本文关键词：虚拟同步发电机的同步频率谐振机理和阻尼抑制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：世界能源危机和环境问题的不断加剧,推动了风能、太阳能等可再生能源的规模化发展。电力电子变流器作为可再生能源和电力系统的重要接口,通过先进的控制技术,模拟同步发电机的特性,被视为解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。由此,催生了虚拟同步发电机控制技术。本文聚焦虚拟同步发电机控制技术中的同步频率谐振问题,通过推导精确的动态模型,探索同步频率谐振的产生机理及其抑制策略。1.推导了适用于宽频域的虚拟同步发电机动态矢量模型,与同步发电机的经典模型对比,该模型包含电感磁链的动态过程,适用于虚拟同步发电机的静态和动态性能分析。基于动态矢量模型,推导了有功-功角和无功-电压的小信号关系式,揭示了同步频率谐振的产生机理。并详细分析了同步频率谐振对系统稳定性的影响。通过8kVA的实验平台验证了上述理论分析的正确性。2.求解了虚拟同步发电机变量之间的耦合关系,建立了动态耦合模型。发现有功-无功的耦合效应加剧了同步频率谐振,等效于“负阻尼”的作用,进一步降低了系统的稳定裕度。而且耦合效应随着有功控制环和无功控制环带宽的增大而增强。最后通过实验结果对比,验证了有功功率和无功功率的动态耦合效应。3.根据同步频率谐振的产生机理,从优化控制参数和增大阻尼系数的角度出发,分别提出了适用于有功控制环和无功控制环的谐振抑制策略,并阐述了抑制方案的实现方法和物理意义。最后,通过实验验证了提出的谐振抑制策略的有效性。本文通过建立虚拟同步发电机的动态数学模型,揭示了虚拟同步发电机固有的同步频率谐振问题及其影响。针对谐振问题,提出了行之有效的抑制方案,为虚拟同步发电机的控制系统设计提供了理论指导。
【关键词】：并网变流器 虚拟同步发电机 电磁动态 同步频率谐振 动态耦合 谐振抑制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM31
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 电压源型并网变流器的控制方案11-15
• 1.2.1 电流矢量控制11-13
• 1.2.2 功角控制13-14
• 1.2.3 虚拟同步发电机控制14-15
• 1.3 虚拟同步发电机控制的研究现状15-18
• 1.4 虚拟同步发电机与同步发电机的区别18-19
• 1.5 论文主要研究内容19-20
• 第2章 同步频率谐振的产生机理与不利影响20-41
• 2.1 虚拟同步发电机的动态矢量模型20-23
• 2.1.1 dq轴参考坐标系模型20-21
• 2.1.2 考虑电磁动态过程的VSG矢量模型21-23
• 2.1.3 与同步发电机经典矢量模型的区别23
• 2.2 虚拟同步发电机的动态小信号模型23-28
• 2.2.1 有功-功角传递函数24-26
• 2.2.2 无功-电压传递函数26-28
• 2.3 同步频率谐振现象(SFR)28-29
• 2.4 对系统稳定性的不利影响29-34
• 2.4.1 系统的开环传递函数29-31
• 2.4.2 对系统稳定性的影响31-34
• 2.5 实验验证34-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 有功功率和无功功率的动态耦合效应41-51
• 3.1 考虑有功-无功耦合的动态模型41-44
• 3.1.1 有功-电压传递函数41-42
• 3.1.2 无功-功角传递函数42
• 3.1.3 带无功耦合的有功功率控制环42-44
• 3.2 有功-无功耦合对SFR现象的影响44-48
• 3.3 实验验证48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 同步频率谐振的抑制策略51-63
• 4.1 有功功率控制环的谐振抑制51-55
• 4.1.1 增大虚拟惯性J51-52
• 4.1.2 加入有源阻尼R_v52-54
• 4.1.3 两种抑制策略的配合54-55
• 4.2 无功功率控制环的谐振抑制55-57
• 4.2.1 增大励磁系数k_q55-56
• 4.2.2 加入有源阻尼R_v56
• 4.2.3 两种抑制策略的配合56-57
• 4.3 实验验证57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 论文工作总结63
• 5.2 今后工作展望63-65
• 参考文献65-70
• 作者简历70-71
• 攻读硕士期间发表的论文71

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