低压电网中基于虚拟阻抗下垂控制的逆变器控制策略研究

摘要

近年来，并入电网的分布式可再生能源发电设备正在显著增多。由于可再生能源不会产生温室气体，不会对环境造成很大影响，因此从环境的角度考虑，其发展是很有必要的。然而，由于分布式发电不可预料的多变特性，其增加会对电网运行的可靠性带来很大的挑战。为了维持电网的高可靠性，同时降低运行成本，本文将提出一种新的逆变器控制方法，该方法可对多种以逆变器作为接口的发电设备进行控制，并具有独立运行和并网模式两种工作模式。本文的最终关注点是，低压电网中作为发电设备接口的逆变器的控制。
　　首先，回顾传统电压和频率的传统下垂控制方法，并分析不同电力线阻抗对下垂控制的影响。依据控制类型，对当前逆变器进行分类，总结每种类型逆变器的特点，研究并给出典型控制方法，总结每种控制方法的优缺点，并提出未来低压电网中逆变器的控制需求。引入动态相量模型，分析逆变器采用传统下垂控制时的稳定性，该方法优于传统基于准静态模型的分析法，可以得到更加精准的稳定裕度。
　　然后，提出一种适用于未来低压电网的逆变器虚拟系统模型，并提出一种混合电压电流控制策略实现对虚拟系统模型的模拟。该控制策略基于线性二次高斯最优控制（LQG）理论，采用卡尔曼状态观测器和线性二次最优调节器同时控制逆变器的输出电压和电流，实现有限输出阻抗电压源的模拟，其在不同的电网条件下具有相同的鲁棒性。应用混合电压电流控制策略，提出一种基于时域虚拟阻抗的并联运行逆变器的电压和频率下垂控制方法，其描述了逆变器虚拟系统模型的参数设计方法，可完成对电网电压和频率的支撑。
　　最后，采用Matlab进行仿真分析对本文的结论进行验证，分析表明本文提出的混合电压电流控制策略和虚拟阻抗下垂控制器具有很大的优点，可以完成对并入电网的电压和频率的支撑，同时具有谐波电压的处理能力，且具有很强的抗短路电流的能力。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2电网及新能源的发展

1.3分布式发电及微网的发展

1.4并联运行逆变器控制技术的发展

1.5主要研究内容

第二章 基于并联运行逆变器的电网电压和频率控制研究

2.1下垂控制理论分析

2.2并联运行逆变器的电压和频率控制

2.3逆变器的下垂控制稳定性分析

2.4本章小结

第三章 混合电压电流控制策略设计

3.1单相系统正交量观测器

3.2混合电压电流控制策略

3.3本章小结

第四章 虚拟阻抗下垂控制器设计

4.1基于有限输出阻抗电压源的下垂控制器设计

4.2下垂控制器的实现

4.3本章小结

第五章 仿真分析

5.1混合电压电流控制策略仿真分析

5.2虚拟阻抗下垂控制器仿真分析

5.3本章小结

第六章 总结及展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果