具有同步发电机接口特性的微网逆变器并联控制策略研究

摘要

微网以能源供给绿色多样、节能低碳、适应不同用户的多种电力需求为目标，是传统电网向未来智能电网过渡的时代产物。为提高微网自治可靠性及新能源大规模入网的网侧接纳能力，国内外学者提出了虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）技术，阻尼和惯性的加入可使快速灵敏的电力电子变换器模拟同步发电机外特性。本文主要针对单台VSG离/并网和两台VSG并联组网多模式下控制策略进行研究改进，总结为以下几个方面。
　　首先，介绍了课题研究背景，微网变换器并联运行的几种典型控制策略及虚拟同步发电机国内外研究现状。
　　其次，介绍了虚拟同步发电机基本原理，并经过小信号建模及对VSG单机孤岛及并网模式下运行特性的分析，得出各参数对系统稳定性和功频响应的影响机理。先后提出改进自适应调节控制以及恒压恒频控制方法，保证单机带载可靠运行；基于虚拟冲击电流的预同步方法，在并网前完成对电网相位的追踪，大大降低并网瞬间的电流冲击；以及加入微分负反馈环节的惯性电压下垂控制策略，平抑电压波动也可减缓无功-电压的跌落过程；仿真和实验验证了所提控制策略的正确性。
　　再次，对VSG多机并联模式下的运行特性进行了分析，通过建立并联数学模型得到交流母线电压、VSG输出电流与负载、VSG端电压之间的关系，通过双机并联模型分析微源间环流的产生机理，根据功率控制框图推导各VSG输出功率表达式，为之后提高功率分配精度和抑制环流提供理论依据。
　　最后，针对线路阻抗对无功功率分配的影响提出一种改进励磁环控制策略，建立小信号模型得出改进算法中各参数对微网稳定运行的影响；分析改进型控制策略下VSG并联组网的运行特性，并针对VSG并机及加减载时带来的环流、功率振荡问题，提供基于阻抗匹配原则的参数设计方法，该参数优化方案可提高VSG动态性能，抑制环流、平抑功率振荡，仿真和实验验证了所提控制策略和参数选取方案的正确性。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2电力电子接口变换器并联控制技术综述

1.3虚拟同步发电机控制策略及国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

2虚拟同步发电机技术基本原理

2.1功频调节器

2.2励磁调节器

2.3虚拟同步发电机模型

2.4虚拟同步发电机单机运行特性分析

2.5本章小结

3虚拟同步发电机改进控制策略研究

3.1基于改进型调频/调压的并网预同步控制策略

3.2改进电压控制策略

3.3本章小结

4虚拟同步发电机并联运行特性

4.1多VSG并联运行数学模型的研究

4.2多VSG并联环流的产生

4.3多VSG并联输出功率

4.4本章小结

5虚拟同步发电机并联控制策略改进及分析

5.1虚拟同步发电机励磁环的改进

5.2基于改进型控制策略的VSG并联稳定性分析

5.3基于改进型控制策略的VSG并联运行特性

5.4仿真及实验分析

5.5本章小结

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文、从事的科研项目及奖励