基于虚拟同步机控制的LCL型并网逆变器的研究

发布时间：2017-09-12 14:17

  本文关键词：基于虚拟同步机控制的LCL型并网逆变器的研究

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【摘要】：面临自然资源耗竭和生态环境恶化的双重威胁,通过可再生能源发电获得了前所未有的关注。可再生能源以分布式发电的方式并入电网,并网逆变器是分布式发电和电网之间的接口。未来随着分布式发电的渗透率不断增高,同步发电机的装机比例逐渐下降,电力系统中的旋转备用容量随之减少,这对电力系统的频率稳定性是一个极大的挑战。为解决该问题,对并网逆变器及其控制策略的研究迫在眉睫。为解决电力系统因电力电子化程度提高而造成系统稳定性减弱的问题,建立基于虚拟同步机控制的LCL型并网逆变器控制系统,通过对虚拟同步机的等效输出阻抗和转动惯量等关键参数的分析,并在PSCAD上进行虚拟同步机的并网运行仿真验证,说明了虚拟同步机能够很好地使逆变器模拟同步发电机的功率输出特性与动态响应特性。并网逆变器的输出滤波器不仅限制了谐波电流馈入电网,还影响并网逆变器的输出阻抗与动态特性。为解决LCL滤波器本身的谐振及其参数设计过程复杂的问题,建立有源阻尼LCL滤波器多目标优化模型,并对NSGA-2算法进行了改进以适应本优化模型的求解,算例分析表明该优化设计方法得到的滤波器参数在成本和滤波效果上具有优越性。为解决由于虚拟同步机控制的逆变器与传统的同步发电机并不完全等效而其自身稳定性有待分析论证的问题,建立完整的虚拟同步机小信号状态空间模型,运用特征值法对虚拟同步机的稳定性进行分析,证明本文建立的虚拟同步机逆变系统的稳定性,并通过参数灵敏度分析,量化不同参数对系统稳定性的影响,可以为逆变器参数选取提供具体的依据。
【关键词】：分布式发电 并网逆变器 虚拟同步机 LCL滤波器 小信号稳定性分析
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 并网逆变器的关键技术及研究现状10-16
• 1.2.1 滤波器的选择和参数设计11-13
• 1.2.2 并网逆变器的常用控制策略13-15
• 1.2.3 虚拟同步发电机逆变技术15-16
• 1.3 本文主要工作内容16-18
• 第2章 基于虚拟同步机的LCL逆变器控制系统研究18-35
• 2.1 基于LCL滤波器的三相并网逆变器主电路数学模型18-21
• 2.2 基于虚拟同步机的逆变器控制方案21-22
• 2.2.1 逆变器模拟同步发电机21-22
• 2.2.2 虚拟同步机的本体算法22
• 2.3 虚拟同步机逆变器控制系统的实现22-31
• 2.3.1 电气方程和惯例说明24
• 2.3.2 锁相环和矢量定向24-26
• 2.3.3 外层功率下垂控制和VSG惯量方程26-30
• 2.3.4 内层电压电流双环控制和虚拟阻抗30-31
• 2.4 虚拟同步机关键参数的分析31-34
• 2.4.1 等效输出阻抗31-33
• 2.4.2 阻尼系数和转动惯量33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 虚拟同步机LCL滤波器的多目标优化设计35-51
• 3.1 三相并网逆变器输出滤波器的比较分析35-37
• 3.1.1 单L滤波器的局限性35-36
• 3.1.2 LC滤波器的分析36
• 3.1.3 LCL滤波器的优势与缺陷36-37
• 3.2 引入电容电流反馈的LCL滤波器的有源阻尼方案37-40
• 3.3 基于NSGA2的有源阻尼LCL滤波器的多目标优化算法40-44
• 3.3.1 目标函数40-41
• 3.3.2 约束条件41-42
• 3.3.3 优化模型42
• 3.3.4 算法步骤42-44
• 3.4 优化结果和仿真验证44
• 3.5 虚拟同步机的运行仿真验证44-49
• 3.5.1 实验仿真模型的搭建44-47
• 3.5.2 并网运行仿真验证47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 虚拟同步机的小信号稳定性分析51-66
• 4.1 小信号稳定性分析方法51-54
• 4.1.1 状态方程的建立51-52
• 4.1.2 方程线性化52-53
• 4.1.3 特征值和稳定性53-54
• 4.1.4 参数灵敏度54
• 4.2 虚拟同步机的小信号状态空间模型54-60
• 4.2.1 VSG惯量方程和功率控制器的小信号模型54-55
• 4.2.2 有源阻尼、虚拟阻抗和电压电流双环控制器的小信号模型55-56
• 4.2.3 锁相环的小信号模型56-57
• 4.2.4 LCL滤波器的小信号模型57
• 4.2.5 虚拟同步机的小信号模型57-60
• 4.3 小信号模型的仿真验证60-62
• 4.4 系统特征值稳定性分析62-63
• 4.5 参数灵敏度分析63-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-74
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作74-75
• 致谢75

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本文编号：837718