基于虚拟同步控制的微网逆变器运行特性研究

发布时间：2017-11-19 16:05

本文关键词：基于虚拟同步控制的微网逆变器运行特性研究

【摘要】：资源紧缺、环境问题、电网安全性和可靠性要求的多重压力下,传统的电力生产和传输正在逐渐发生改变,在利用可再生资源的基础上,分布式发电正快速渗透到电网系统。近年来,分布式发电以其能源利用率高、输配电损耗小、可靠性高、污染小等优点受到了广泛的关注。为了减小分布式能源的接入对主电网产生的不利影响,最大限度地发挥其优势,同时更好地促进大规模分布式发电的整合与应用,提出了微网的概念。大多数分布式电源以逆变器作为接口与主网相连,作为微网中基本的电力电子接口,对其进行合理有效的控制直接影响着微网的安全稳定运行。虚拟同步控制技术的发展以及在分布式发电控制上的良好表现,近几年受到广泛关注。本文涉及的研究内容主要包括:(1)从同步发电机的数学模型入手,分析了虚拟同步控制策略的控制原理;再结合同步发电机的下垂特性,推导了虚拟同步控制的有功/频率、无功/电压两个控制环的实现过程。在此基础上,构建了虚拟同步控制策略的小信号模型,并在PSCAD/EMTDC搭建了该控制方法的微网模型,得到的输出相角响应与MATLAB小扰动模型进行比较,两者的一致性验证了所建小信号模型的正确性。(2)微网需要运行在并网、孤岛模式,并在两种模式切换。先详细分析了虚拟阻抗方式并网方法的实现过程,以及从并网切换到孤岛模式的运行特性,实现了基于虚拟同步控制的微网运行模式的无缝切换。针对该方法无法带负荷并网的问题,提出了一种无冲击带负载并网方法,且无需单独复杂的同步单元。该方法将输出电压参考相角作为dq旋转坐标的基准角,电网电压在旋转坐标系下得到q轴上的分量,通过PI闭环控制环节获得逆变器参考角频率的补偿量,从而实现与电网同步。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。(3)当电网电压发生对称跌落时,根据跌落的幅度,改变虚拟同步控制方式及调整输出功率的参考值,来实现微网的低电压穿越功能,并输出无功功率以支撑电网电压的恢复。当发生不对称故障时,根据对称分量法提取正、负分量,加入负序电流抑制环节,从而保证逆变器输出预设功率值。同样PSCAD/EMTDC仿真结果验证所提出控制方法的有效性。(4)介绍了微网逆变器实验平台的软件、硬件的设计与实现。通过对所搭建的实验样机进行测试,从实验结果可以看出,在保证对负载供电的前提下,逆变器输出电压能快速实现与电网电压的自同步,并在负载接入时对系统影响较小,动态性能良好,验证了所提出的控制策略的正确性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464

【参考文献】

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