基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制算法的改进研究

摘要

虚拟同步发电机（VSG）是近年来发展出来的概念，它旨在通过对并网逆变器进行控制，使逆变电源模拟同步发电机的运行特性，从而，基于并网逆变器的分布式电源也和同步发电机一样，具有大惯性及良好的阻尼特性。在当前新能源迅猛发展，分布式电源大量接入电网的背景下，虚拟同步发电机技术可以使得本质上为电力电子设备的并网逆变器有针对性地契合于传统电网，并且电网系统可以平稳地从传统的集中式电源主导过渡到由分布式电源主导。但是，在用传统的方案设计VSG的控制器时，参数众多，且各个环路之间存在耦合，使得参数设计过程复杂而量大，对此，在本文中提出一种智能算法——粒子群算法来寻优，简化了设计流程，减少了工作量。 本文主要研究了三相并网变流器模拟同步发电机的技术原理及其控制策略。首先分析建立了同步发电机和三相并网逆变器的数学模型，并阐述了虚拟同步发电机的原理以及实现过程，推导得到了虚拟同步机的整体控制框图。在此基础上，自主设计了一种虚拟同步发电机的实现方案，这种实现方案包括外层虚拟同步控制和底层双环控制两部分。根据经典控制理论，分别对外层和底层的各个控制参数进行了整定。然后，借助MATLAB仿真软件，验证了底层双环系统设计的合理性以及虚拟同步发电机的有功无功调度功能和下垂特性。为了解决在外层控制系统仿真中出现的功率振荡的问题，引入粒子群算法，用于寻找最优控制参数，经仿真对比，该智能算法得到了更理想的仿真效果，大幅度削减了功率振荡，证明了粒子群算法可以用于寻找并得到最优控制参数。

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