基于虚拟同步电机原理的电力电子变压器控制研究

发布时间：2017-09-07 00:22

  本文关键词：基于虚拟同步电机原理的电力电子变压器控制研究

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【摘要】：随着分布式发电技术和微电网技术的快速发展,大量的分布式发电装置以及储能设备将接入电网,同时以电动汽车为代表的新型负载的加入,配电网的能量控制与管理将会变得十分复杂,传统的配电设备已无法满足未来配电网的需求,更无法适应未来电力市场化的需要。由此结合电力电子技术与信息技术的电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)得到了广泛的研究,其可为各类分布式发电装置以及负载提供灵活多样的电气接口,同时各接口变流器具有响应能量主动调节的能力。然而,基于功率变换电路构成的PET,虽然各接口变流器功率响应速度快,但不具备同步电机的机械特性以及同步运行机制,因而随着PET在配电网中渗透率的逐渐提高,其功率变流器对配电网电能质量的影响将不容忽视。其中,高压交流接口由于缺乏足够的惯性与阻尼特性,在并网模式下易导致配电网暂态不稳定,甚至会引起并网电流对配电网的冲击,同时缺乏同步运行机制,无法响应配电网电压／频率调节。而PET低压交流接口由于缺乏大电网的支撑,在响应功率调节过程中,易影响低压侧系统的电能质量。为此,本文基于虚拟同步电机原理,针对PET交流接口控制展开研究。首先,根据PET高、低压交流接口应用场景以及功能上的不同,提出了相应的控制策略。其中,高压交流接口根据同步电机运行机理,建立了有功-频率、无功-电压以及并网电流控制策略,提升了高压交流接口柔性,抑制了并网电流谐波畸变率,减少了对配电网的冲击；同时PET具有自动响应配电网电压／频率调节的能力,有效地增强了配电网稳定性。低压交流接口通过外环有功-频率和无功-电压控制器融合虚拟同步电机技术,提升了低压交流接口的功频响应以及无功调节特性,有效地增强了低压侧系统频率和电压的稳定性。而内环电压电流通过PR控制器,使得输出电压能够较好地跟踪电压参考值,并采用电流控制环作为补偿环节,提高了功率响应速度,维持了低压系统的动态稳定性。然后,通过建立虚拟同步电机控制器小信号模型,分析了相关参数对PET功率调节的影响,并研究了PET在虚拟同步电机控制下的并网以及并联运行特性,最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了系统仿真模型,并搭建了实验小样机,仿真和实验结果表明了所提控制策略的正确性和有效性。
【关键词】：配电网 电力电子变压器 电能质量 虚拟同步电机 小信号模型
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 电力电子变压器研究现状12-15
• 1.3 虚拟同步电机控制研究现状15-18
• 1.3.1 电流型虚拟同步电机控制技术15-16
• 1.3.2 电压型虚拟同步电机控制技术16-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 第2章 电力电子变压器原理与模型19-32
• 2.1 电力电子变压器结构及工作原理19-21
• 2.2 高压交流接口模型及控制分析21-24
• 2.3 直流接口模型及控制分析24-25
• 2.4 低压交流接口模型及控制分析25-31
• 2.4.1 低压交流接口模型25-27
• 2.4.2 低压交流接口控制分析27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 电力电子变压器虚拟同步电机控制研究32-46
• 3.1 同步发电机数学模型32-34
• 3.2 高压交流接口虚拟同步电机控制34-41
• 3.2.1 有功-频率控制36-38
• 3.2.2 无功-电压控制38-40
• 3.2.3 并网电流控制40-41
• 3.3 低压交流接口虚拟同步电机控制41-45
• 3.3.1 基于VSG技术的外环控制41-44
• 3.3.2 内环电压电流控制44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 PET虚拟同步电机控制参数及运行特性分析46-58
• 4.1 高压交流接口滤波参数摄动影响分析46-48
• 4.2 惯性与阻尼参数分析与整定48-52
• 4.2.1 惯性与阻尼参数分析48-49
• 4.2.2 惯性与阻尼参数整定49-52
• 4.3 电力电子变压器运行特性分析52-57
• 4.3.1 高压交流接口并网运行特性分析52-54
• 4.3.2 低压交流接口离网运行特性分析54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 基于虚拟同步电机控制的PET系统仿真与实验58-75
• 5.1 PET系统仿真模型及参数58-61
• 5.1.1 仿真模型58-60
• 5.1.2 仿真参数60-61
• 5.2 PET系统仿真分析61-70
• 5.2.1 稳态仿真分析61-67
• 5.2.2 动态仿真分析67-70
• 5.3 实验验证70-74
• 5.3.1 PET稳态整体输出实验70-73
• 5.3.2 PET同步电机特性实验73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 附录A 攻读学位期间获得的研究成就82

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本文编号：806313