基于虛擬同步發(fā)電機的VSC變換器控制策略研究.pdf

1、為了解決日益嚴重的環(huán)境污染問題和能源危機，基于清潔可再生能源的分布式發(fā)電技術正迅猛發(fā)展。微電網(wǎng)作為分布式電源并網(wǎng)的重要形式之一，是電網(wǎng)和可再生能源之間的橋梁，可有效降低分布式電源的功率波動對大電網(wǎng)的沖擊，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機相比，采取傳統(tǒng)控制策略的微網(wǎng)逆變器幾乎沒有慣性，更無法為電網(wǎng)提供必要的電壓和頻率支撐。因此，通過采取適當?shù)目刂撇呗詠砀纳品植际诫娫吹恼{(diào)頻調(diào)壓特性，對未來大規(guī)模新能源微電網(wǎng)具有重大的意義。
　

2、　如果能使并網(wǎng)逆變器具有與類似與同步發(fā)電機的外特性，就能改善分布電源并網(wǎng)特性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了使逆變器模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的動態(tài)特性，本文研究了一種基于synchronverters的改進型虛擬同步發(fā)電機控制策略，在原有基礎上增加了底層電壓電流控制，用來保證波形質(zhì)量以及限制短路電流，同時增加了二次調(diào)頻功能，使得頻率能恢復到額定值。與傳統(tǒng)的微網(wǎng)逆變器控制方法相比，虛擬同步發(fā)電機控制可以實現(xiàn)并網(wǎng)/孤島模式無縫切換，提供必要的電壓與頻率支持

3、，增加系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，自動與電網(wǎng)保持同步，且不需要鎖相環(huán)。
　　虛擬同步發(fā)電機控制策略可以分成上層的功率控制與底層的電壓電流雙環(huán)控制兩部分。其中底層電壓電流環(huán)采用的是電壓矢量定向控制，文中首先建立VSC在d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，在此基礎上完成電壓電流控制器參數(shù)設計。根據(jù)同步發(fā)電機的電磁暫態(tài)模型設計了功率外環(huán)，控制有功功率與無功功率。通過改變有功功率的設定值實現(xiàn)二次調(diào)頻功能，從而消除一次調(diào)頻產(chǎn)生的頻率偏差。重點研究了基于小信號分

4、析的系統(tǒng)數(shù)學模型建立方法以及利用頻率響應法設計控制器參數(shù)，深入討論了線路阻抗對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并利用虛擬阻抗模擬同步阻抗，使該控制策略適用與不同電壓等級電網(wǎng)。虛擬同步發(fā)電機在并網(wǎng)前有一個預同步過程。文中給出了兩種預同步方法，一種是虛擬電樞電流法，另一種是三相鎖相環(huán)法，可避免在并網(wǎng)時由于逆變器電壓與電網(wǎng)電壓在幅值及相位上的偏差而產(chǎn)生的過電流。最后，通過不同微網(wǎng)運行狀態(tài)仿真實驗驗證了上述虛擬同步發(fā)電機控制策略及其控制器參數(shù)設計方法的有效性