基于微电网的逆变器控制策略研究

发布时间：2017-10-08 19:02

  本文关键词：基于微电网的逆变器控制策略研究

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【摘要】：随着可再生能源的广泛应用，大量分布式发电单元的并网会给大电网带来严重的影响，使电能质量恶化，为了解决这些问题，微电网应运而生，多个分布式发电单元组成微电网系统再接入大电网就可以避免分布式发电单元带来的负面影响。微电网运行的首要问题是控制，而逆变器作为微电网中各分布式电源并网的核心，其控制效果对微电网的稳定运行至关重要。本文主要是研究微电网逆变器的控制策略，主要研究了两种借鉴同步发电机特性的逆变器控制策略，一种是下垂控制策略，一种是虚拟同步发电机技术。研究具体内容包括： 对微电网的概念、特点以及国内外的发展现状加以了阐述，介绍了微电网的基本组成和微电网逆变器控制的研究意义。 建立了典型的风光互补微电网系统模型，详细分析了其组成部分的各分布式单元和储能单元的模型特点及其相应的逆变器并网结构，进而推导出逆变器的控制结构。结合微电网实际运行需求，介绍了现有常用的几种微电网逆变器控制策略。 介绍了逆变器的下垂特性原理和下垂控制方法，针对下垂控制策略存在的缺点，提出了改进的下垂控制策略，孤岛状态下使用电能质量模式，当负载变化时通过改变下垂特性的位置以恢复系统的电压和频率；并网状态下引入前馈偏置电流，当主电网电压和频率偏移时，逆变电源改变输出有功功率和无功功率用以作为电网支撑，保证微电网系统的稳定运行，此模式称为电网支撑模式，经对PSCAD中建立的微电网模型进行仿真，仿真结果验证了改进的下垂控制策略确实能有效改善传统下垂控制的缺点。 重点介绍了采用虚拟同步发电机技术，其作为微电网逆变器的控制策略能模仿同步发电机的大惯性，大输出阻抗特点，从而使微电网系统具有较强的抗扰动和抗电流冲击的特征。根据同步发电机的二阶数学模型，设计了虚拟同步发电机逆变器的控制算法。借鉴同步发电机的控制策略，分别设计频率控制器和电压控制器用来实现微电网频率和电压的控制，其功能和原理类似于同步发电机的调速器和励磁调节器。根据微电网并网运行和孤岛运行的不同要求，分别设计了虚拟同步发电机并网模式下和孤岛模式下的频率控制器和电压控制器。然后使用虚拟同步发电机技术作为PSCAD中微电网模型的逆变器控制策略，进行微电网孤岛模式下的恒负载、变负载仿真、并网模式仿真以及模式切换过程的仿真，，仿真结果表明虚拟同步发电机技术可以有效控制微电网的稳定运行。最后对提出的两种逆变器控制策略的控制效果进行了对比分析。
【关键词】：微电网 分布式电源 逆变器 下垂控制 虚拟同步发电机
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 微电网的发展概况11-13
• 1.2.1 微电网的国外发展状况11-12
• 1.2.2 微电网的国内发展状况12-13
• 1.3 微电网的组成及其逆变器控制意义13-15
• 1.3.1 微电网的组成13-14
• 1.3.2 微电网逆变器的控制意义14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 2 微电网系统模型及逆变器控制策略分析17-35
• 2.1 微电网系统模型分析17-25
• 2.1.1 风力发电系统18-20
• 2.1.2 光伏发电系统20-22
• 2.1.3 蓄电池22-23
• 2.1.4 超级电容23-24
• 2.1.5 DC/DC 变换器24-25
• 2.2 逆变电源控制结构分析25-30
• 2.2.1 逆变电源的模型分析25-28
• 2.2.2 逆变器控制结构设计28-30
• 2.3 逆变器的控制策略分析30-34
• 2.3.1 下垂控制30-31
• 2.3.2 恒功率控制31-33
• 2.3.3 恒压恒频控制33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 微电网逆变器下垂控制策略35-47
• 3.1 同步发电机的静态下垂特性35-36
• 3.2 逆变电源下垂控制策略原理36-38
• 3.2.1 逆变电源输出功率特性分析36-37
• 3.2.2 逆变电源下垂控制原理37-38
• 3.3 改进的下垂控制策略38-46
• 3.3.1 孤岛模式控制策略39-41
• 3.3.2 并网模式控制策略41-42
• 3.3.3 改进下垂控制策略仿真分析42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 虚拟同步发电机技术47-62
• 4.1 虚拟同步发电机设计方法47-50
• 4.1.1 同步发电机的数学模型47-49
• 4.1.2 逆变电源的虚拟同步发电机模型分析49-50
• 4.2 虚拟同步发电机控制系统设计50-52
• 4.3 频率控制器设计52-54
• 4.3.1 同步发电机的调频过程52-53
• 4.3.2 虚拟同步发电机的频率控制器设计53-54
• 4.4 电压控制器设计54-58
• 4.4.1 电压调节原理54-55
• 4.4.2 同步发电机的励磁调节系统55
• 4.4.3 虚拟同步发电机的电压控制器55-58
• 4.5 虚拟同步发电机的运行控制58-60
• 4.5.1 虚拟同步发电机并网运行58-60
• 4.5.2 虚拟同步发电机的孤岛运行控制60
• 4.6 本章小结60-62
• 5 虚拟同步发电机技术仿真分析62-73
• 5.1 虚拟同步发电机仿真模型62-64
• 5.1.1 微电网模型62-63
• 5.1.2 虚拟同步发电机算法仿真模型63
• 5.1.3 虚拟同步发电机控制器仿真模型63-64
• 5.2 虚拟同步发电机孤岛模式运行仿真64-67
• 5.2.1 虚拟同步发电机孤岛模式下带恒定负载运行仿真64-66
• 5.2.2 虚拟同步发电机孤岛模式下负载突变运行仿真66-67
• 5.3 虚拟同步发电机并网模式运行仿真67-71
• 5.3.1 微电网模式切换运行仿真68-69
• 5.3.2 微电网并网模式运行仿真69-71
• 5.4 下垂控制与虚拟同步发电机技术的对比71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学研究成果80

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本文编号：995702