虚拟同步发电机和同步发电机并联微网控制研究

【摘要】：近年来,随着微电网中分布式能源的渗透率不断增加,且传统同步发电机的装机比例逐渐降低,导致系统旋转备用容量及转动惯量相对减少,呈现高度电力电子化趋势。同步发电机由于机械转子惯性和阻尼作用,使其具备电压、频率支撑和调节能力并提供足够的惯性支撑。借鉴这一思想,虚拟同步发电机技术由此提出,结合电力电子设备的调节快速性和同步发电机运行方式,有效解决了系统低惯性问题,对于提高微电网稳定性具有重要促进作用。但是,同步发电机(SG)与虚拟同步发电机(VSG)系统本质上的差异导致运行响应特性的不同,所以对于微源的并联运行稳定性控制的相关问题研究在全球范围内日益广泛深入。当前对于VSG并联运行稳定性研究已相对成熟,而SG和VSG的并联问题则更具复杂性,在负载突变或者合闸、切除期间容易引起较大的功率振荡、偏移,影响微网内重要负载的稳定运行,降低系统功率分配的能力。为此,本文以并联SG和VSG组为微网模型,针对并联机组的稳态性能和暂态响应特性展开研究,从预同步组网和惯量匹配两个方面深入分析影响并联系统暂态性能的因素,主要内容如下:首先,根据VSG数学模型建立并联VSG拓扑结构,基于此分析并联系统中系统环流和稳态功率分配不均问题产生机理,提出通过结合虚拟阻抗和电压、电流双环调制的方法抑制环流,并统一基于功率按容量分配的VSG参数给定方法。其次,针对传统VSG预同步产生相角差信号跳变的问题,分析相角差输入信号对SG和VSG并联组网暂态响应性能产生的影响,并提出基于三角构造函数的相位调节器,使频率补偿信号平滑、连续,优化了VSG的组网性能。再次,基于SG和VSG并联模型归纳VSG惯量、阻尼参数并推导并联系统的有功环小信号模型,从惯量差异的角度深入分析影响系统暂态响应性能的原因,提出VSG有功功率给定算法,成功解决了微网功率过渡期间的功频振荡问题。最后,本文对基于VSG算法的并网逆变器实验平台搭建方法做简要说明,并进行实验验证,初步证明了VSG和相关算法的可行性和实用性。