基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联稳定性研究

摘要

随着分布式发电系统的应用日趋广泛、用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高，催生了微电网等新型电网结构。同时，微电网也是未来智能配电系统的一种重要组网模式，其运行控制系统是确保微电网安全、稳定、可靠运行的关键。本文的主要工作是在微电网直流侧加入储能后，借鉴同步发电机组的运行特性、控制策略以及稳定性分析方法，研究了虚拟同步发电机并网接口系统的并联稳定性问题。本文的主要研究内容有:
　　首先，在介绍微电网目前的研究现状及比较控制技术的基础上，分析了基于多环反馈控制的微电网逆变器控制策略，详细推导电压源型逆变器(VSC)的电压频率控制策略（VF控制）。
　　其次，详细阐述了虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，VSG)的基本原理和实现方法，借鉴电力系统调速器和励磁控制器的基本原理，研究了虚拟同步发电机的数字调速器和励磁控制器，有效模拟了同步发电机组的功频调节特性和电压调节特性;在模拟同步发电机输出特性的同时，提高了系统的稳态响应和动态响应性能，在应对微电网系统线路发生故障或者负载突变时，使整个系统有快速的响应性能和高可靠性。
　　再次，仿真分析并实验验证了多台虚拟同步发电机并联的可行性，分别实现了多台虚拟同步发电机的可靠并联及单台同步发电机与多台虚拟同步发电机的并联运行，提高了微电网系统容量及并联冗余度。
　　最后，分别建立了多微电源并存微电网系统及并联虚拟同步发电机系统的小干扰分析模型，提出了微电网小干扰分析的可扩展模型。针对三种典型微电源接口（同步发电机、异步发电机和电力电子接口）分别建立标准接口方程，采用此模型可分析在不同工况下的性能，为微电网规划、运行和控制提供了决策依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 微电网发电系统

1．2．1 微电网定义

1．2．2 各国微电网研究现状

1．3 微电网中的逆变器接口控制策略

1．4 本文研究的主要内容及个章节内容安排

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 各章节内容安排

2 基于多环反馈控制的微电网逆变器控制策略分析

2．1 引言

2．2 微电网中的逆变控制技术

2．3 VSC型微电源的控制策略分析

2．3．1 电流内环控制策略

2．3．2 外环控制策略

2．4 微电源VF控制策略分析及控制器参数设计

2．4．1 不包含采样延时的VSC电压控制环稳定性分析

2．4．2 包含采样延时的VSC电压控制环稳定性分析

2．5 无功补偿装置对微电网孤岛运行电压谐波的影响

2．6 本章小结

3 虚拟同步发电机算法原理及特性分析

3．1 虚拟同步发电机算法的提出

3．2 虚拟同步发电机算法实现

3．2．1 虚拟同步发电机的结构原理

3．2．2 虚拟同步发电机本体数学模型

3．2．3 虚拟同步发电机调速系统

3．2．4 虚拟同步发电机励磁控制系统

3．2．5 基于下垂控制的VSG并联控制方法的功率调节机理

3．3 实验平台介绍

3．4 本章小结

4 虚拟同步发电机控制算法的仿真与实验分析

4．1 虚拟同步发电机逆变器单机带载仿真研究

4．2 虚拟同步发电机逆变器双机并联仿真研究

4．3 虚拟同步发电机逆变器三机并联仿真研究

4．4 虚拟同步发电机双机与同步发电机并联仿真研究

4．5 实验结果

4．6 本章小结

5 含多种微电源的微电网小干扰稳定性分析

5．1 小干扰稳定性分析概述

5．1．1 状态矩阵特征向量的物理意义

5．1．2 特征值灵敏度分析

5．2 微电网小干扰分析

5．2．1 微电网小干扰分析方法

5．2．2 微电网结构

5．2．3 微电源坐标变换

5．2．4 同步发电机小干扰稳定性分析模型

5．2．5 异步发电机小干扰稳定性分析模型

5．2．6 VSC小干扰稳定性分析模型

5．3 微电网小干扰稳定性分析模型

5．4 小干扰稳定性仿真分析

5．4．1 小干扰稳定性特征值分析

5．4．2 PQ下垂控制小干扰稳定性灵敏度分析

5．4．3 PV下垂控制小干扰稳定性灵敏度分析

5．5 本章小结

6 基于可扩展模型VSG并联小干扰稳定性分析

6．1 单机VSG小干扰稳定性分析模型

6．1．1 调速器建模

6．1．2 励磁控制器建模

6．1．3 单机VSG系统建模

6．1．4 并联VSG系统建模

6．1．5 模型可扩展分析

6．2 不同参数对稳定性的影响

6．3 稳定性仿真验证

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目

附录 微电网小干扰分析模型系数