储能型虚拟同步发电机控制技术研究

发布时间：2020-10-22 09:51

　　 随着分布式发电技术的迅速发展,电力系统中分布式能源渗透率不断提高,导致电力系统惯性与阻尼特性相对降低,对电力系统运行控制造成不可忽视的不利影响。虚拟同步发电机技术通过控制策略使分布式发电单元模拟了同步发电机的惯性、阻尼特性,具有同步发电机的静态及动态特性,对电力系统起到一定的支撑作用,是解决分布式能源并网问题的重要基础,得到了人们的广泛关注。本文主要围绕储能变流器等效为虚拟同步发电机这一课题,研究了储能单元及并网变流器的控制策略,并着重研究了储能单元能量、功率约束下虚拟同步发电机参数设计,及储能单元荷电状态(State of charge,SOC)与虚拟同步发电机协调控制策略。论文在广泛调研国内外文献的基础上,归纳总结了虚拟同步发电机控制技术的研究现状及趋势,指出了储能单元特性约束与虚拟同步发电机控制策略的匹配问题值得深入研究。为此,论文建立了储能单元及双向DC-DC变换器构成的直流侧模型,并给出其控制策略。随后给出了虚拟同步发电机控制策略的本体模型,并借鉴传统并网变流器控制结构,给出虚拟同步发电机整体控制策略。针对储能型虚拟同步发电机系统稳定性及参数设计问题,首先建立虚拟同步发电机有功-频率小信号模型,分析了惯性系数及阻尼系数对系统动态性能的影响,并根据该模型,推导出时域下虚拟同步发电机输出有功功率、能量与阻尼比之间的关系,并给出以储能特性约束下控制参数选取过程。由于储能单元在运行过程中其输出特性会发生变化,为获得准确的匹配参数、提高储能单元合理利用率,论文考虑储能单元SOC对其输出功率和能量的影响,采用基于SOC自适应调整系统参数的控制策略;针对提高储能单元SOC维持能力、保证储能单元调频能力可持续性的问题,采用SOC控制与阻尼控制自适应协调控制策略,分析并给出了SOC控制系数及协调控制函数的设计方法。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建储能型虚拟同步发电机仿真模型,对相关理论分析及控制策略进行仿真验证,仿真结果表明理论分析的正确性与所提控制策略的有效性。最后在物理平台上进行虚拟同步发电机基本功能验证,实验结果表明本文所提虚拟同步发电机控制参数设计方法的有效性。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM341
【部分图文】：

第 2 章 储能型虚拟同步发电机系统结构及建模机，向电网提供电磁功率。变流器中点电势 e 可等效为同步发电机的内电波电感可等效为同步发电机的定子绕组电抗，也称同步电感；滤波电感和件的等效电阻可等效为同步发电机的电枢电阻，也称同步电阻；变流器输压 U 可等效为同步发电机的电枢端电压，也称同步电压。以上等效过程储能变流器向虚拟同步发电机的转变过程。在运行过程中，传统同步发电转子的加速和减速实现能量的吸收与释放，进而表现出惯性与阻尼特性，同步发电机则通过控制储能单元的充放电来模拟这一过程。储能双向变流器电断路器LCbatUdcU U Upcc

图 2.3 超级电容器集总电路模电容器，SR 为串联电阻，阈值及其运行过程中的发模型准确有效地反映出了征了其当前容量与额定容量C 值关系密切，经过一定程2R sc0 2N sc_max100%E USOCE U 表示储能单元的额定容量压值和当前电压值。考传统蓄电池的控制方法大，端电压又与 SOC 值及作[11]。

图 2.4 双向 DC/DC 变换器结构图机具备的惯性是通过控制储能单元的充放双向流动，需要采用双向 DC/DC 变换器。Boost 变换器、双向 Cuk 变换器、双向 S器。相比较而言，双向半桥 DC/DC 变换器力小、导通损耗小及工作效率高等优点，故 2.4 所示。其中，batU 、dcU 分别为储能单为 IGBT，0L 为滤波电感，0C 、1C 分别为储/DC 变换器主要有两种控制方案[54]：PW式，二者的区别仅在于开关管1T 、2T 的驱，1T 和2T 的驱动信号互补，控制相对简单ltageSwitching，ZVS），但在实际系统控制流方向也固定下来，此时开关管的互补驱动死区、延迟等非线性因素导致桥臂上下管
【参考文献】

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1 吴恒;阮新波;杨东升;陈欣然;钟庆昌;吕志鹏;;虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计[J];中国电机工程学报;2015年24期

2 郑天文;陈来军;陈天一;梅生伟;;虚拟同步发电机技术及展望[J];电力系统自动化;2015年21期

3 程冲;杨欢;曾正;汤胜清;赵荣祥;;虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法[J];电力系统自动化;2015年19期

4 曾正;邵伟华;冉立;吕志鹏;李蕊;;虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置[J];电力系统自动化;2015年13期

5 孟建辉;王毅;石新春;付超;李鹏;;基于虚拟同步发电机的分布式逆变电源控制策略及参数分析[J];电工技术学报;2014年12期

6 吕志鹏;盛万兴;钟庆昌;刘海涛;曾正;杨亮;刘岚;;虚拟同步发电机及其在微电网中的应用[J];中国电机工程学报;2014年16期

7 曾正;赵荣祥;汤胜清;杨欢;吕志鹏;;可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述[J];中国电机工程学报;2013年24期

8 杜燕;苏建徽;张榴晨;茆美琴;;一种模式自适应的微网调频控制方法[J];中国电机工程学报;2013年19期

9 侯世英;房勇;曾建兴;殷忠宁;;应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力[J];电机与控制学报;2010年05期

10 丁明;杨向真;苏建徽;;基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略[J];电力系统自动化;2009年08期

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1 陈昕;基于小信号模型的虚拟同步发电机稳定性分析与设计研究[D];电子科技大学;2017年

2 孟建辉;分布式电源的虚拟同步发电机控制技术研究[D];华北电力大学;2015年

3 刘芳;基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略研究[D];合肥工业大学;2015年

4 杨向真;微网逆变器及其协调控制策略研究[D];合肥工业大学;2011年

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1 王宁;基于VSG的大容量储能系统逆变控制研究[D];合肥工业大学;2017年

2 鲁庆华;基于虚拟同步发电机思想的复合式储能系统研究[D];电子科技大学;2016年

3 吴恒;三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究[D];南京航空航天大学;2015年

4 马奎安;超级电容器储能系统中双向DC/DC变流器设计[D];浙江大学;2010年

本文编号：2851440