基于虚拟同步发电机原理的模拟同步发电机设计方法

发布时间：2019-09-28 13:27

【摘要】：传统模拟同步电机组主要采用原动机拖动同步发电机旋转发电来实现,该方法虽能更有效地模拟电网中同步电机组的电磁耦合特性,但存在控制系统复杂、系统灵活性差、实现成本高等不足。为此,基于虚拟同步发电机控制原理提出了一种模拟同步发电机组设计方法。该方法利用滤波电抗等效代替同步发电机组电枢电阻及同步电抗,通过控制系统实现对同步发电机组惯性特性、频率响应特性及调压特性的有效模拟。该方法简化了模拟风电并网实验系统的设计,具有较强的灵活性和可行性。设计了一套容量为20 k VA的模拟同步发电机组,并基于已有的模拟风电机组实验平台构建了一套模拟风电并网实验系统。在负荷功率扰动条件下,利用Matlab/Simulink仿真结果与实验结果进行对比,验证了所提模拟同步发电机组设计方法的有效性及在风电机组频率响应控制研究中应用的可行性。
【图文】：

786侍乔明等：基于虚拟同步发电机原理的模拟同步发电机设计方法Vol.39No.3pRPID0S12Hs+DmΔPG(s)ΔYG11+sTmPm0PeP图5调速系统结构Fig.5StructureofspeedgoverningsystemPm0为原动机的稳态输出功率。调速器可由比例积分微分(proportionintegrationdifferentiation，PID)控制器及一次调频下降率反馈组成，RP为机组的调差系数。调速器中，当S0断开时，调速器为同步调速器，能够实现对系统频率的无差调节；S0闭合时，调速器实现有差调节，系统频率的稳态偏差大小由调差率Rp决定。调速器系统中，涡轮机包含再热式汽轮机、非再热式汽轮机和水轮机3种，其数学模型[10]分别为mHPRHRH1()1PsFTGsYsTΔ+==Δ+(3)mCH1()1PGsYsTΔ==Δ+(4)mWW1()10.5PsTGsYsTΔ==Δ+(5)式中：TRH及FHP分别为再热器的时间常数及高压级的功率标幺值；TCH为非再热式汽轮机的惯性时间常数；TW为等值“水锤效应”时间常数。TRH、FHP、TCH及TW的典型参数分别为7.0s、0.3、0.3s和1.5s。模拟同步发电机组调速系统中，为较好地模拟电网中发电机的调速特性，不仅需要考虑调速器的特性，同时还需要考虑伺服电机及原动机的响应特性。基于逆变器进行同步发电机模拟设计时，一种简单的方法是将图5中调速系统的数学模型直接引入控制系统中来实现对调速器、伺服电机及原动机响应特性的模拟。但在实际数字控制系统中，微分器容易引起“噪声”放大，而积分器则能有效避免该问题，，因此需要将含微分算子的数学模型进行一定变换处理。以汽轮涡轮机数学模型式(3)为例，采用积分器时，输入量ΔY与输出量ΔPm

786侍乔明等：基于虚拟同步发电机原理的模拟同步发电机设计方法Vol.39No.3pRPID0S12Hs+DmΔPG(s)ΔYG11+sTmPm0PeP图5调速系统结构Fig.5StructureofspeedgoverningsystemPm0为原动机的稳态输出功率。调速器可由比例积分微分(proportionintegrationdifferentiation，PID)控制器及一次调频下降率反馈组成，RP为机组的调差系数。调速器中，当S0断开时，调速器为同步调速器，能够实现对系统频率的无差调节；S0闭合时，调速器实现有差调节，系统频率的稳态偏差大小由调差率Rp决定。调速器系统中，涡轮机包含再热式汽轮机、非再热式汽轮机和水轮机3种，其数学模型[10]分别为mHPRHRH1()1PsFTGsYsTΔ+==Δ+(3)mCH1()1PGsYsTΔ==Δ+(4)mWW1()10.5PsTGsYsTΔ==Δ+(5)式中：TRH及FHP分别为再热器的时间常数及高压级的功率标幺值；TCH为非再热式汽轮机的惯性时间常数；TW为等值“水锤效应”时间常数。TRH、FHP、TCH及TW的典型参数分别为7.0s、0.3、0.3s和1.5s。模拟同步发电机组调速系统中，为较好地模拟电网中发电机的调速特性，不仅需要考虑调速器的特性，同时还需要考虑伺服电机及原动机的响应特性。基于逆变器进行同步发电机模拟设计时，一种简单的方法是将图5中调速系统的数学模型直接引入控制系统中来实现对调速器、伺服电机及原动机响应特性的模拟。但在实际数字控制系统中，微分器容易引起“噪声”放大，而积分器则能有效避免该问题，因此需要将含微分算子的数学模型进行一定变换处理。以汽轮涡轮机数学模型式(3)为例，采用积分器时，输入量ΔY与输出量ΔPm
【作者单位】： 西安交通大学电气工程学院;舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学);
【基金】：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2012CB215103) 国家自然科学基金项目(51377167) 教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-11-0871)~~
【分类号】：TM31

【参考文献】

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本文编号：2543345