多虚拟同步发电机并联运行时的环流抑制和功率分配问题研究

发布时间：2017-07-15 16:11

  本文关键词：多虚拟同步发电机并联运行时的环流抑制和功率分配问题研究

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【摘要】：分布式发电技术有利于新能源和可再生能源的大规模应用,能够很好解决当前的能源危机和环境污染等问题。分布式电源一般使用电力电子元件组成的逆变器进行控制,其响应速度快,而且传统逆变器控制策略很难实现大电网具有的惯性和阻尼特性。因而,分布式电源大量接入大电网,大大降低了电力系统稳定性。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制算法能够将逆变器模拟成同步发电机(Synchronous Generator,SG),不仅能够为电力系统提供频率和电压支撑,还能提供相应的惯性和阻尼特性,使电网稳定性得到极大提高。分布式电源一般容量相对较小,而电力系统有大容量的需求,因而使用分布式电源并联运行系统来扩大容量。本文主要研究了多虚拟同步发电机在并联运行时的环流抑制和功率分配问题,以及在微电网孤岛运行模式下多台虚拟同步发电机的功率分配问题。首先,从单台逆变器控制的角度,归纳总结了常见的逆变器控制算法,选择了性能良好的VSG算法作为逆变器控制算法。详细分析了VSG数学模型及其控制原理,设计出了相应的励磁单元控制器和调频单元控制器。利用MATLAB/Simulink搭建了VSG单机仿真模型,并对其调频调压的特性、转动惯量对系统动态响应的影响进行了验证。其次,在多虚拟同步发电机并联运行环境下,研究了环流抑制问题和功率分配问题。详细分析了并联系统的环流产生机理;提出了基于VSG虚拟阻抗的电压闭环控制策略,利用VSG算法中的虚拟阻抗来模拟硬件大电感,不仅能达到有效抑制环流的作用,而且可以将逆变器控制成像SG一样具有大感性输出阻抗特性;利用MATLAB/Simulink搭建了两台容量相同的VSG并联系统仿真模型,验证了所述环流抑制策略。详细分析了并联系统每台VSG的传输功率特性;提出了多VSG并联运行时的功率分配控制策略,能实现多VSG在并联运行时按照其额定容量分配功率,而且在系统负荷变化时,VSG算法中的转动惯量能起到减缓频率变化,抑制功率波动的作用;利用MATLAB/Simulink搭建了两台容量不同的VSG并联系统仿真模型,验证了所述功率分配策略。最后,将本文提出的多虚拟同步发电机并联运行时的功率分配策略的应用环境拓展到微电网孤岛运行模式下,验证了本文提出的功率分配策略也适用于微网环境。本文在充分考虑我国电力系统特点的情况下,借鉴相关论文,选取了微电网算例系统。基于选取的微网算例系统,利用MATLAB/Simulink搭建了接入微网的多台VSG孤岛运行仿真模型,验证了本文提出的功率分配策略也适用于微网环境。
【关键词】：逆变器并联 微电网 VSG 环流抑制 功率分配
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究历史与现状12-24
• 1.2.1 逆变器控制理论研究现状12-14
• 1.2.2 虚拟同步发电机研究历史14-15
• 1.2.3 逆变器并联系统研究现状15-22
• 1.2.3.1 逆变器并联系统的拓扑结构15-17
• 1.2.3.2 环流的抑制17-20
• 1.2.3.3 功率分配20-22
• 1.2.4 微电网运行概述22-24
• 1.2.4.1 微电网运行模式22-23
• 1.2.4.2 微电网运行控制23-24
• 1.3 本文的主要贡献与创新24-25
• 1.4 本文的结构安排25-27
• 第二章 虚拟同步发电机的设计27-39
• 2.1 虚拟同步发电机拓扑结构27-28
• 2.2 虚拟同步发电机数学模型28-29
• 2.2.1 虚拟同步发电机机械方程28-29
• 2.2.2 虚拟同步发电机电磁方程29
• 2.3 虚拟同步发电机控制原理29-34
• 2.3.1 励磁单元29-32
• 2.3.1.1 SG无功功率和电压的关系29-31
• 2.3.1.2 励磁控制器设计31-32
• 2.3.2 调频单元32-34
• 2.3.2.1 SG调速控制原理32-33
• 2.3.2.2 调频控制器设计33-34
• 2.4 虚拟同步发电机仿真结果及分析34-38
• 2.4.1 VSG调频功能验证34-35
• 2.4.2 VSG调压功能验证35-36
• 2.4.3 VSG转动惯量对调频动态过程的影响36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 多虚拟同步发电机并联运行时的环流抑制39-54
• 3.1 多虚拟同步发电机并联运行时的环流分析39-41
• 3.2 输出阻抗对输出电压的影响41-42
• 3.3 多VSG并联运行时的环流抑制控制策略42-48
• 3.3.1 基于VSG虚拟阻抗的电压闭环控制策略42-46
• 3.3.2 基于VSG虚拟阻抗电压闭环控制的输出阻抗分析46-48
• 3.4 多VSG并联运行时的环流抑制仿真结果及分析48-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 多虚拟同步发电机并联运行时的功率分配54-63
• 4.1 多虚拟同步发电机并联系统传输功率特性分析54-55
• 4.2 多虚拟同步发电机并联运行时的功率分配策略55-58
• 4.2.1 有功功率分配控制策略56
• 4.2.2 无功功率分配控制策略56-58
• 4.3 多VSG并联运行时的功率分配仿真结果及分析58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 微电网孤岛运行模式下多虚拟同步发电机功率分配63-75
• 5.1 微电网算例63-64
• 5.2 微电网孤岛运行模式下多虚拟同步发电机的功率分配64-74
• 5.2.1 不同节点多VSG的功率分配64-71
• 5.2.2 相同节点多VSG并联系统的功率分配71-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 全文总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 后续工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的成果82-83

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