组合式三相微网系统功率协调控制策略研究

摘要

近年来，包含储能设备的微网系统在分布式发电接入方面具有较大优势，其既可并网运行，又可在电网故障等情况下孤岛自治运行，被视为利用分布式能源的最佳途径。然而实际的微网系统通常为单/三相混合存在的系统，孤岛运行时单相电源和负载容易引起三相电压不平衡，由此引出本文对组合式三相混合微网系统功率协调控制策略的研究，主要包括以下几个方面:
　　(1)对单相变流器并联功率协调控制进行了详细分析，建立了单相全桥变流器在三相静止坐标系下的数学模型，给出了常用的双闭环控制策略，在此基础上分析了单相变流器并联时同相间的环流现象和下垂控制中传统功率计算方法的局限性，阐述了基于虚拟三相瞬时功率的下垂和虚拟阻抗控制，实现单相变流器并联单元间的功率分配。
　　(2)对基于锁相环原理的相间同步控制和电压补偿控制进行了分析，通过数学模型分析指出了各相间相互独立，无耦合关系，然后针对组合式三相变流器相间同步控制难点，提出了新型120°鉴相器和基于锁相环原理的相间同步控制，实现非参考相对参考相超前或滞后120°信号的锁相，进而实现非参考相与参考相相位互差120°。在此基础上，给出了电压补偿控制策略，进一步改善供电质量。
　　(3)对虚拟组合式三相变流器与传统三相变流器的功率协调控制进行了分析，推导出了传统三相变流器在αβ坐标系下的数学模型，指出了不平衡负载下传统下垂控制的局限性，给出了一种合理的功率分配策略，传统三相变流器通过采用负载电压分离出来的正序电压来跟踪正序功率下垂得到的指令电压，就可以实现传统三相变流器只含有正序电流，负序电流和零序电流就全由虚拟组合式三相变流器分担。
　　(4)在理论研究基础上，搭建了基于dSPACE的半实物实验平台，通过实验方式对本文控制策略的有效性进行验证。实验结果表明，所提控制策略可以实现动稳态工况下单相变流器并联单元间功率按照设定比例分配、不同相间相位和幅值可以同步控制，且在100％不平衡负载下电压不平衡度0.1％，具有较高的供电质量以及虚拟组合式三相变流器和传统三相变流器可以按照功率分配策略实现功率协调控制。

目录

声明

致谢

摘要

1．1选题背景及意义

1．2组合式三相混合微网的研究概述

1．2．1 变流器并联技术概述

1．2．2传统相间同步控制策略

1．3本文的研究工作

2 单相变流器并联的功率协调控制

2．1 单相变流器的工作原理及控制策略的研究

2．1．1单相变流器的拓扑结构

2．1．2单相变流器的工作原理

2．1．3单相变流器的数学模型

2．2单相变流器并联功率协调控制分析

2．2．1功率下垂控制

2．2．2下垂控制中传统功率计算方法的局限性

2．2．3基于虚拟三相瞬时功率的下垂控制

2．1．4单相变流器的内环控制策略

2．2．4基于SOGI-QSG的虚拟阻抗控制

2．2．5 仿真验证

2．3本章小结

3虚拟组合式三相变流器的相间功率协调控制

3．1 虚拟组合式三相变流器的数学模型

3．2基于锁相环原理的相间同步控制策略

3．2．1新型120°鉴相器

3．2．2环路滤波器和压控振荡器

3．2．3幅值同步控制策略

3．2．4 PLL参数设计

3．3电压补偿控制策略

3．4仿真验证

3．5本章小结

4虚拟组合式三相变流器与传统三相变流器的功率协调控制

4．1 传统三相变流器的拓扑与控制策略分析

4．1．1 传统三相变流器的拓扑与数学模型

4．1．2不平衡负载下传统下垂控制的局限性

4．1．3基于虚拟阻抗的不平衡负载分配策略

4．2功率分配策略的实现原理

4．3仿真验证

4．4本章小结

5．1实验平台组成与结构

5．2实验结果分析

5．2．1单相变流器并联功率协调控制的实验验证

5．2．2虚拟组合式三相变流器功率协调控制的实验验证

6．1结论

6．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果

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