基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略及系统稳定性研究

摘要

为充分利用分布式发电的优势，规避其劣势，微网应运而生。微网是一种由储能装置、负荷、分布式微源和控制装置共同组成的系统单元，既可以运行在并网模式与大电网交换电能，也可以运行在孤岛模式为负荷提供高质量不间断的电能。在微网逆变器控制策略中引入同步发电机的算法，使微网逆变器可以模拟同步发电机利于组网运行的优点，是本论文研究的主要内容。本文采用虚拟同步发电机算法来控制微网逆变器，对微网并网、组网运行模式下电压、频率的控制以及负荷功率的分配进行了理论探究和仿真验证，具体的内容如下:　　(1)介绍了微网的研究背景、定义及特点，分析了国内外的研究现状。总结了微网的控制结构及微网逆变器的常用控制策略并引出了虚拟同步发电机的控制思想。　　(2)对典型的微网逆变器主电路进行建模，在此基础上建立了虚拟同步发电机的定转子方程，并与同步发电机进行了一致性分析。　　(3)建立了虚拟同步发电机的控制器模型，对关键参数进行了分析，并研究了基于虚拟同步发电机的微网并离网切换。　　(4)采用分层控制结构，基于虚拟同步发电机控制设计了一次调频、二次调频和一次调压、二次调压，分析了孤岛运行模式下微网内负荷功率的分配。　　(5)在MATLAB中搭建了单台VSG独立带载和两台VSG组网运行仿真模型，仿真结果验证了本文虚拟同步发电机控制策略能够实现微网系统频率和电压的稳定性。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 微网定义与特点

1．1．3 国内外研究现状

1．2 微网逆变器控制策略介绍

1．2．1 PQ控制

1．2．2 VF控制

1．2．3 下垂控制

1．3 VSG控制思想

1．4 本文研究的主要内容

第二章 逆变器虚拟同步发电机控制的实现

2．1 典型的微网逆变器主电路

2．2 虚拟同步发电机模型建立

2．2．1 电气部分

2．2．2 机械部分

2．3 虚拟同步机的实现

2．4 虚拟同步发电机与同步发电机的特性对比分析

2．4．1 逆变器模拟同步发电机的数学模型

2．4．2 VSG与同步发电机性能的比较

2．5 本章小结

第三章 VSG控制器的设计及微网并离网切换研究

3．1 虚拟调速器的设计

3．2 虚拟励磁调节器的设计

3．3 关键参数分析及控制器参数的选择

3．4 虚拟同步发电机并离网切换分析

3．5 仿真结果及分析

3．5 本章小结

第四章 微网孤岛运行控制及稳定性分析

4．1 微网控制结构

4．1．1 微网分层控制系统

4．1．2 微网中央控制器(MGCC)

4．2 微网孤岛模式下的频率稳定性分析

4．2．1 一次调频

4．2．2 二次调频

4．3 孤岛模式电压稳定性分析

4．3．1 一次调压控制

4．3．2 二次调压控制

4．4 本章小结

第五章 仿真分析

5．1 虚拟同步发电机仿真模型的搭建

5．2 单台VSG独立带载仿真

5．2．1 单台VSG带阻性负载

5．2．2 单台VSG带阻感负载

5．2．3 关键参数对频率的影响

5．3 两台VSG组网运行仿真

5．3．1 频率分层控制策略验证

5．3．2 电压分层控制策略验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况