含多逆变器的孤岛微电网动态建模与稳定性分析

摘要

微电网是分布式能源的有效利用形式。在孤岛微电网中，大量的分布式发电单元通过逆变器接入系统，使孤岛微电网系统的电磁暂态模型变得更加复杂，而且逆变型微源具有惯性小、高频非线性的特性，使孤岛微电网系统的稳定性易受到扰动影响。为了对孤岛运行下微电网的动态特性进行研究，并从机理上分析影响系统稳定性的因素，建立微电网动态模型并分析其稳定性是很有必要的。
　　基于对电压源型逆变器典型模型的对比分析，采用动态相量法对三相电压源型逆变器进行建模。将三相电压源型逆变器的动态相量模型和电磁暂态模型进行仿真对比，表明两种动态模型的仿真结果是一致的。将动态相量法用于描述三相电压源型逆变器稳态特性和主要的动态变化，并将其用于含多个逆变器的孤岛微电网系统的仿真与分析。采用动态相量法建立了含多逆变器三相平衡孤岛微电网系统的动态相量模型，并应用奇异摄动法分别推导了不同时间尺度下孤岛微电网的降阶动态相量模型。
　　在MATLAB/Simulink中构建孤岛微电网的动态相量模型，电流和频率的仿真波形说明所建立的动态模型可以准确地描述系统的动态特性，将完整动态相量模型与降阶动态相量模型的仿真结果进行比较，验证了降阶模型的正确性。仿真研究表明，下垂控制系数越大，系统的响应速度越快，但是当超过一定的值时系统会失去稳定。为了分析所建立孤岛微电网动态相量模型的小信号稳定性，采用李亚普诺夫第一方法将模型进行小信号线性化，然后根据特征值判据判断系统的稳定性，并由频率下垂控制系数增加时系统根轨迹变化情况得出能使微电网保持稳定运行的控制参数取值范围，研究结果表明降阶动态相量模型能预测系统的不稳定。论文得出的使系统保持小信号稳定的控制参数取值范围可应用于P/f控制器的设计。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 微电网研究现状

1.3 课题来源与论文结构

第2章 逆变器的典型模型和动态相量基本理论

2.1 逆变器的典型模型

2.2 动态相量的基本原理

2.3 本章小结

第3章 孤岛微电网的动态相量模型研究

3.1 动态相量在三相电压源型逆变器中的应用

3.2 含多逆变器孤岛微电网的动态相量模型

3.3 含多逆变器孤岛微电网的降阶动态相量模型

3.4 本章小结

第4章 孤岛微电网的稳定性分析

4.1 李亚普诺夫稳定性分析法

4.2 孤岛微电网的小信号稳定性分析

4.3 模型的仿真与分析

4.4 本章小结

结论与展望

结论

未来工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 孤岛微电网全阶动态相量模型的仿真原理图

附录C 负载时间常数主导下孤岛微电网降阶动态相量模型的仿真原理图

附录D 输电线路时间常数主导下孤岛微电网降阶动态相量模型的仿真原理图