三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究

发布时间：2017-07-06 20:08

  本文关键词：三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究

  更多相关文章： 虚拟同步发电机 并网逆变器 小信号模型 独立中线模块 预同步方法

【摘要】：并网逆变器是可再生能源发电系统(Renewable Energy Generation System,REGS)与电网之间的能量变换接口,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)是将并网逆变器虚拟成同步发电机,根据电网电压频率和幅值的变化自动地调节其输出的有功功率和无功功率,为电网提供必要的支撑。本文针对三相四线制VSG,研究VSG功率环的建模与参数设计、独立中线模块的控制方法以及VSG的预同步控制策略。本文首先介绍VSG的基本原理,推导其工频小信号模型,并证明了在一定条件下,VSG有功环和无功环之间的耦合很弱,因此其闭环参数可以分别独立设计。基于所建立的模型,本文提出一种VSG功率环控制参数的设计方法,该方法能够快速准确地计算出相应的控制参数,并兼顾系统的稳定性、动态性能与对功率脉动的抑制能力。VSG独立运行时需要带不平衡负载,为此可以加入独立中线模块为不平衡负载提供零序电流通路。本文从阻抗的角度阐明了独立中线模块的控制要求,指出为了降低中点电压的波动,必须尽量减小电感支路在基波处的闭环输出阻抗,使其远小于电容支路在基波处的阻抗。为此,本文提出一种基于系统相位裕度和电感支路基波阻抗要求的控制参数设计方法,利用该方法能够快速准确地计算出独立中线模块的控制参数,减少了反复试凑的过程。为了减小VSG并网瞬间的冲击电流,本文给出一种VSG的预同步控制策略,通过在VSG原有控制结构的基础上加入频率调节器、电压调节器和相位调节器,可以控制并网前VSG输出电压的频率、幅值和相位与电网电压相同,从而能够实现VSG的平滑并网。在实验室完成了一台10k W的三相四线制VSG原理样机,对本文的理论分析和参数设计进行了实验验证。实验结果验证了本文理论分析的正确性与参数设计方法的有效性。
【关键词】：虚拟同步发电机 并网逆变器 小信号模型 独立中线模块 预同步方法
【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】：TM31
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 能源结构13
• 1.2 高渗透率下并网逆变器的功率控制方法13-16
• 1.3 虚拟同步发电机功率环参数设计方法16
• 1.4 独立中线模块的控制16-18
• 1.5 虚拟同步发电机的预同步控制策略18-19
• 1.6 本文的研究内容及意义19-20
• 1.6.1 研究内容19
• 1.6.2 研究意义19-20
• 第二章 虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计20-41
• 2.1 同步发电机的数学模型20-23
• 2.1.1 电气部分21-22
• 2.1.2 机械部分22
• 2.1.3 调速器与一次调频22
• 2.1.4 励磁控制器与一次调压22-23
• 2.2 虚拟同步发电机的基本原理23-25
• 2.3 虚拟同步发电机的工频小信号模型25-29
• 2.3.1 半个工频周期平均化后的瞬时功率25-27
• 2.3.2 虚拟同步发电机工频小信号模型的建立27-29
• 2.4 虚拟同步发电机有功环和无功环环路分析29-31
• 2.4.1 虚拟同步发电机有功环的环路分析29-30
• 2.4.2 虚拟同步发电机无功环的环路分析30-31
• 2.5 虚拟同步发电机功率环参数设计方法31-35
• 2.5.1 虚拟同步发电机有功环参数设计31-32
• 2.5.2 虚拟同步发电机无功环参数设计32-33
• 2.5.3 参数设计实例33-35
• 2.6 实验验证35-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 虚拟同步发电机独立中线模块的设计41-54
• 3.1 独立中线模块的拓扑结构与控制要求41-42
• 3.2 独立中线模块的闭环控制与输出阻抗42-44
• 3.3 补偿前系统的特性及电压调节器的选择44-45
• 3.4 数字控制时电压调节器和电感电流反馈有源阻尼的设计45-50
• 3.4.1 系统环路增益中的右半平面极点45-47
• 3.4.2 稳定裕度要求对系统控制参数的约束47-48
• 3.4.3 电感支路基波阻抗要求对系统控制参数的约束48-49
• 3.4.4 设计步骤与设计实例49-50
• 3.5 实验验证50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 虚拟同步发电机的预同步控制方法54-63
• 4.1 锁相环的参数设计54-56
• 4.2 虚拟同步发电机预同步控制策略56-60
• 4.2.1 预同步控制器56-59
• 4.2.2 预同步控制的实现步骤59-60
• 4.3 仿真与实验验证60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 本文的主要工作63-64
• 5.2 下一步要做的工作64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71-72
• 附录I 数字控制时系统环路增益在s域的传递函数推导72-73
• 附录II 数字控制时系统环路增益在z域的传递函数推导73-74

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本文编号：527624