多机并联VSG的功率分配控制策略研究

摘要

为了有效规避分布式发电的各种弊端，实现分布式电源友好地接入电网，国内外学者提出了基于虚拟同步发电机(VSG)的逆变器控制策略，模拟同步发电机的外特性，改善逆变器的运行性能，有利于系统的稳定运行。
　　在实际运行中，为了实现系统大功率供电的要求，VSG逆变器的并列运行势在必行。本文主要针对并联运行的VSG逆变器的功率分配控制技术开展研究，主要内容如下:
　　1)建立VSG逆变器的数学模型，并给出LCL滤波器的参数选取方法。借鉴同步发电机的调频、调压以及转子运动方程，设计了虚拟同步发电机模型，包括虚拟有功调速器、虚拟励磁控制器以及VSG控制算法，对传统逆变器的整体优化，提高了逆变器的并网兼容性。
　　2)在并联VSG逆变器系统中，分析了环流对功率分配的影响，阐述并联VSG逆变器按照额定容量比例精确分配功率时，物理电路和控制策略需满足的条件。针对P-f、Q-U下垂控制在中低压电网中存在的局限性，引入虚拟阻抗来实现功率的解耦控制，在此基础上，提出了虚拟阻抗自适应的功率分配方案。对比分析了P-f、Q-U下垂控制、传统虚拟阻抗控制以及虚拟阻抗自适应的控制策略，证明了所提策略在实现功率分配方面的优越性。
　　3)在少量信息交互的分布式控制的并联VSG逆变器系统中，引入一致性算法，应用一致性协同控制原理提出并联VSG逆变器的有功频率一致性协调分配控制策略。通过PSCAD/EMTDC搭建模型仿真验证:在并联系统中，逆变器只与相邻逆变器交互状态物理量信息，不仅实现频率稳定控制，还实现了不同需求下的功率精确分配。

目录

声明

摘要

1．1 产生微电网的原因

1．2 微电网的控制方式结构

1．3 微电网逆变器的控制技术以及存在的问题

1．4 虚拟同步发电机

1．4．1 虚拟同步发电机概念的提出

1．4．2 虚拟同步发电机控制策略的研究现状

1．5 本文主要工作内容

第2章 VSG逆变器的系统建模

2．1 VSG逆变器的数学模型分析

2．2 LCL滤波器网络结构参数计算

2．3 虚拟同步发电机控制策略

2．3．1 虚拟有功调速器

2．3．2 虚拟无功励磁控制器

2．3．3 VSG控制算法

2．4 双环控制器设计

2．4．1 电压外环的PI控制器设计

2．4．2 电流内环的PI控制器设计

2．5 本章小结

第3章 基于虚拟阻抗自适应的VSG逆变器并联功率分配

3．1 引言

3．2 微电网并联VSG的运行机理

3．2．1 系统功率分配机理

3．2．2 VSG逆变器传统下垂控制分析

3．3 基于虚拟阻抗的控制策略

3．3．1 虚拟阻抗的引入

3．3．2 基于虚拟阻抗自适应的功率分配策略

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 并联VSG逆变器的有功频率一致性协调分配控制

4．2．1 VSG有功-频率控制的措施

4．2．2 信息网络

4．3 一致性算法理论

4．3．1 图论

4．3．2 一致性算法

4．4 并联VSG有功频率一致性协调分配控制

4．4．1 控制目标模型

4．4．2 有功频率一致性协调分配控制原理

4．4．3 频率稳定控制策略分析

4．4．4 有功分配控制策略分析

4．5 仿真分析

4．5．1 仿真系统设计

4．5．2 有功功率按照额定容量比例分配

4．5．3 有功功率按照等耗量微增率准则分配

4．6 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研工作以及论文成果

致谢