直流配电网虚拟惯性控制技术研究

发布时间：2020-10-31 19:02

　　 随着分布式电源、高密度直流负载的接入和电力电子技术迅速发展,直流配电网越来越受到人们的关注。然而由于变流器将电气部分和机械传动部分隔离,直流电网不具备交流大电网对直流侧稳定性支持,旋转电机内存储的机械动能也未能得到良好应用,造成直流电网惯性小,电压随功率变化波动较大,电压质量不佳,直流故障时尤其严重。为解决上述问题,本文研究了直流电网惯性控制技术,为直流电网进行电力支持,改善系统惯性,减少直流电压波动,提高直流电压质量,甚至减轻直流故障的危害。完成的主要工作和成果如下:(1)介绍研究对象五端环状直流配电网系统的结构、特点及控制策略。建立风力发电、蓄电池储能及负荷等单元的数学模型,分析其工作原理与控制策略,在此基础上,搭建了包含风力、储能单元、并网同步机单元以及交直流负荷单元的五端直流配电系统,为后续进行直流电网虚拟惯性控制技术研究奠定基础,并提供研究平台。(2)提出适用于直流电网内旋转电机的虚拟惯性控制策略。在交流电网惯性概念的基础上,提出了直流电网惯性的概念,并将直流电压变化量引入控制环节,引出虚拟电容概念。耦合风电机组转子转速与直流电压,提出风电机组适用的惯性控制策略,联系起同步电机控制变量与直流电压,提出同步电机适用的虚拟惯性控制策略。从电网稳定运行的角度出发,对虚拟控制的虚拟控制策略进行了稳定性相关分析,得到了虚拟系数的合理取值范围。(3)分析直流极间故障特性,并对引入虚拟电容的极间故障特性影响进行理论研究。在储能端引入虚拟惯性故障控制策略可以显着降低故障期间的直流电压下降速度,减缓直流电容放电速度,延后了电压过零点,甚至改变系统阻尼情况,为故障检测和保护动作争取更多的时间,改善保护作用效果和选择性,减轻极端故障对系统造成的损害程度。(4)最后,在MATLAB/Simulink仿真软件中建立直流配电网系统,对文中所提的控制方法进行了仿真验证。通过旋转电机虚拟惯性控制策略作用,其在相应不同负荷波动工况下,均能够起到良好的功率支持,改善系统电压质量,增强系统惯性,改进系统运行的稳定性。同时,通过直流极间故障工况的仿真,验证了所提虚拟惯性故障控制策略,降低故障时直流电压下降速度,减缓直流电容放电速度,延后电压过零点,为故障检测和保护动作争取更多的时间。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM721.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 课题研究意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 论文主要内容
第2章 直流配电网系统结构与组成
    2.1 直流配电网拓扑结构
    2.2 风电机组发电模块
        2.2.1 风力发电机模型及控制
        2.2.2 永磁风电机组模型
        2.2.3 永磁直驱风电机组机侧变流器控制策略
    2.3 蓄电池储能模块
        2.3.1 储能蓄电池数学模型
        2.3.2 双向DC/DC换流器模型与控制策略
    2.4 大电网同步发电机模块
    2.5 负荷单元模块建模
    2.6 本章小结
第3章 直流电网旋转电机虚拟惯性控制
    3.1 直流系统的固有惯性
    3.2 旋转电机的虚拟电容
    3.3 旋转电机虚拟惯性分析
    3.4 直流配电网旋转电机的惯性控制
        3.4.1 风电机组惯性控制策略
        3.4.2 同步发电机惯性控制策略
    3.5 仿真验证
        3.5.1 风电机组的可控惯性控制作用仿真
        3.5.2 同步电机的可控惯性控制作用仿真
        3.5.3 综合可控惯性控制作用仿真
        3.5.4 不同μ对惯性控制影响对比分析
    3.6 本章小结
第4章 直流极间故障下惯性控制技术研究
    4.1 极间短路故障特性分析
    4.2 虚拟电容惯性故障控制策略
        4.2.1 极间故障引入虚拟电容分析
        4.2.2 直流电网静止元件虚拟惯性控制策略
    4.3 仿真分析
        4.3.1 旋转电机加入虚拟惯性控制后极间故障仿真
        4.3.2 蓄电池采用虚拟惯性故障控制后极间故障仿真
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

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本文编号：2864374