分布式電源的虛擬同步發(fā)電機控制技術研究.pdf

1、近年來，分布式能源在電力系統(tǒng)中滲透率不斷增加的同時，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來新的影響與挑戰(zhàn)。因為基于電力電子逆變接口的分布式電源不具備有利于保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的旋轉慣性和阻尼分量，而這些正是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中占支配地位的同步發(fā)電機所固有的特質。虛擬同步發(fā)電機控制技術作為一種能夠使分布式逆變電源具有與同步發(fā)電機相似特性的方法，對于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的支持作用。本文首先在對分布式電源系統(tǒng)建模及控制策略分析的基礎上，提出了一種工作在

2、并網(wǎng)模式下的新型虛擬同步發(fā)電機控制策略。其次，為了便于分布式電源工作在獨立運行模式，提出了一種自治模式的虛擬同步發(fā)電機控制策略。然后，在以上所提控制策略的基礎上，針對其中主要的控制參數(shù)進行了小信號分析。再者，依據(jù)虛擬同步發(fā)電機控制策略中慣量可以靈活調整的思想，提出了一種自適應慣量的靈活虛擬同步發(fā)電機控制策略。最后，在搭建的簡單微電網(wǎng)系統(tǒng)的Matlab/Simulink仿真模型及物理實驗平臺中對相關控制策略進行了驗證。本文的主要研究內容如

3、下:
　　(1)研究了光伏儲能系統(tǒng)的工作原理、數(shù)學模型及等效電路，分析了分布式電源逆變控制系統(tǒng)的控制方法，提出了一種改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的并網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機控制策略，在此控制策略中，將同步發(fā)電機的轉子運動方程、一次調頻特性及無功調節(jié)延遲特性引入到逆變電源的上層控制中，在簡化算法的情況下，較好的模擬出了同步發(fā)電機的有功頻率及無功電壓特性，底層控制則根據(jù)同步發(fā)電機的并網(wǎng)矢量關系得到。
　　(2)考慮到分布式電源工作在獨立帶負荷的

4、情況，在并網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機控制策略基礎上，提出了一種自治模式的虛擬同步發(fā)電機控制策略，采用該自治模式控制策略的分布式電源可以方便的工作在獨立帶負荷的狀態(tài)，且模擬了同步發(fā)電機的下垂控制特性。在此控制策略中，針對有功-頻率和無功-電壓控制器進行了改變，內環(huán)采用了基于比例諧振控制的不需解耦的電壓電流控制器，對正弦信號的跟蹤起到了較好的效果，分析了采用跟蹤正弦信號更好的比例諧振控制器原理，并對其中主要控制參數(shù)的設計進行了分析和說明。
　

5、　(3)建立了并網(wǎng)和自治兩種模式下分布式電源的小信號模型，采用特征值的方法，針對虛擬同步發(fā)電機控制中主要控制參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了分析，給出了這些控制參數(shù)在設計時需要遵循的原則和方法。理論分析了虛擬同步發(fā)電機控制與改善系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的重要關系，并且將其與下垂控制進行比較，說明了虛擬同步發(fā)電機控制相比于下垂控制的優(yōu)點。
　　(4)在充分研究與分析所提并網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機控制策略的基礎上，根據(jù)控制策略中慣量可以隨著系統(tǒng)頻率的不同

6、變化幅值進行靈活調整的思想，提出了一種自適應慣量的靈活虛擬同步發(fā)電機控制策略，將系統(tǒng)中的慣量大小與頻率的變化率之間建立一定的函數(shù)關系，增加了分布式電源虛擬同步發(fā)電機控制系統(tǒng)的靈活性和自適應性，對進一步改善系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性有較好的實際意義。
　　(5)在Matlab/Simulink仿真軟件和實驗室中分別搭建了含分布式電源的微電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型及物理實驗平臺，針對相關的理論分析及所提出的控制策略進行了較為充分和細致的驗證，表明所