基于下垂控制的微网逆变器控制策略研究

发布时间：2017-10-23 01:18

  本文关键词：基于下垂控制的微网逆变器控制策略研究

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【摘要】：微电网通过将一定区域内的分布式发电组织起来,充分利用可再生能源,为当地负荷供能,或与电网并联运行,从而提高电力系统的安全性和可靠性,增强电网抵御自然灾害的能力,对于电网乃至整个国家安全都有重大的现实意义。逆变器作为微电网中的基本接口,将分布式能源转变为交流形式,提供给负荷或电网,在微电网电能变换中起到了至关重要的作用。本文对采用下垂控制的微网逆变器进行了深入的研究,给出了三相逆变器的准确数学模型,分别建立了其电压电流双环和功率环的小信号模型。在此基础上,分别对有功-频率下垂系统及无功-幅值下垂系统的稳定性和动态性进行分析,得出系统的稳定性和动态性主要和下垂系数以及功率滤波器的设计有关,并给出了下垂系数和功率滤波器的设计方法。此外,搭建了逆变器并联的仿真和实验平台,进行理论分析和实验验证。随后,针对微电网连线阻抗呈阻感性的特点,采取基于SOGI虚拟阻抗法使连线阻抗呈主感性,实现有功无功解耦控制,提高系统的稳定性和功率均分能力,减小实际连线电感的感值。基于SOGI虚拟阻抗不仅能避免因电流微分而引入的噪声,还可以滤除系统带非线性负载而产生的谐波电流,使得虚拟电压中不含谐波。推导了在dq旋转坐标系下基于SOGI虚拟阻抗的实现方法。此外,给出了逆变器连线阻抗的设计方法,并提出了变虚拟阻抗的方法来减小并联瞬间的冲击电流,改善稳态输出特性。最后,针对主从结构的微电网系统,研究了一种混合控制策略:并网运行时,主逆变器采用下垂控制,以应对电网突发故障而发生的被动孤岛转换;孤岛运行时,下垂系数逐渐减小为零,退化为v/f控制,以提供更加稳定的母线控制性能。为实现系统运行模式和控制方式之间的平滑转换需求,提出相应的控制逻辑,并提出了适用于下垂控制策略的预同步方法。仿真和实验结果表明所提控制策略和控制逻辑的有效性、优异性。
【关键词】：三相逆变器 下垂控制 SOGI虚拟阻抗 平滑切换
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 微电网的系统构架14-15
• 1.3 微网逆变器的控制策略15-18
• 1.3.1 基于P/Q和v/f控制策略的微网逆变器运行模式切换分析15-16
• 1.3.2 基于下垂控制策略的微网逆变器16-18
• 1.4 基于下垂控制策略的微网逆变器的国内外研究现状18-20
• 1.5 本文的研究意义和主要内容20-22
• 第二章 常规下垂控制的逆变器建模与稳定性分析22-41
• 2.1 基于下垂控制的逆变器的结构及控制22-23
• 2.2 逆变器的数学模型23-25
• 2.2.1 abc三相静止坐标系下的数学模型23-24
• 2.2.2 αβ 坐标系下的数学模型24
• 2.2.3 dq旋转坐标系下的数学模型24-25
• 2.3 电压电流双环参数分析25-31
• 2.3.1 电流环参数分析25-29
• 2.3.2 电压环参数分析29-31
• 2.4 功率环的建模与分析31-35
• 2.4.1 功率环的建模31-32
• 2.4.2 功率环的参数设计及稳定性分析32-35
• 2.5 逆变器并联系统的仿真与实验分析35-40
• 2.5.1 仿真与实验参数35
• 2.5.2 逆变器并联时的稳态和动态实验35-37
• 2.5.3 不同阻性负载下并联瞬间的电流冲击37-38
• 2.5.4 带整流性负载实验分析38-39
• 2.5.5 不同下垂系数的动态响应39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于二次广义积分虚拟阻抗的下垂控制策略41-53
• 3.1 基于虚拟阻抗的下垂控制数学模型41-43
• 3.1.1 三相静止坐标系下的数学模型41-42
• 3.1.2 两相静止坐标系下的数学模型42
• 3.1.3 dq两相旋转坐标系下的数学模型以及虚拟阻抗实现方法42-43
• 3.2 基于SOGI虚拟阻抗控制策略43-49
• 3.2.1 SOGI虚拟阻抗方法的原理43-46
• 3.2.2 基于SOGI虚拟阻抗的下垂控制策略46-47
• 3.2.3 基于虚拟阻抗的仿真分析47-49
• 3.3 连线电感的设计与虚拟阻抗的实现49-52
• 3.3.1 并网瞬间的冲击电流分析49
• 3.3.2 连线电感Lc造成的相位差分析49
• 3.3.3 采用变虚拟阻抗在逆变器并网瞬间冲击电流的抑制方法49-50
• 3.3.4 实验分析50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 基于混合控制的微网逆变器控制策略研究53-64
• 4.1 微网逆变器的混合控制策略53-57
• 4.1.1 孤岛切换至并网54-57
• 4.1.2 并网切换至孤岛57
• 4.2 仿真及实验分析57-63
• 4.2.1 仿真分析57-60
• 4.2.2 实验验证和分析60-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 全文工作总结64
• 5.2 下一步工作展望64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 在学期间发表的论文及参与完成的项目72

【参考文献】

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本文编号：1080959