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主动配电网中分布式电源的虚拟同步发电机控制技术研究

DANG NGOC HUY(邓玉辉)  
【摘要】:近年来,含有分布式电源的微电网接入主电网的研究受到了了各国政府、学者等的广泛关注,且研究含分布式电源的微电网具有很大的现实意义。微电网是由分布式电源、负荷、储能装置、能量变换装置和保护装置集中而成的一个单一可控的独立发电系统。微电网技术的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行问题。采用良好的并网控制技术是提高分布式电源并网渗透率的重要举措。本文面向主动配电网,分析研究了基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术并网逆变器控制问题,使得微电网并网逆变器具有同步发电机的外特性和调压调频的功能,建立了微电网逆变器的数学模型,提出一种有源滤波器和静止无功补偿器联合抑制谐波的方法,能够有效地抑制微电网中的谐波和保证系统运行的稳定性。本文的主要研究内容如下:(1)分析了微电网的产生及其相关发展,给出微电网的概念以及国内外发展现状;介绍了世界各国建立的微电网实验平台及相关示范工程,总结了三种微电网控制结构的特点及其研究现状,分析研究了虚拟同步发电机技术及其最新研究进展。(2)针对微电网中的多种分布式电源形式(主要包括光伏发电、风力发电和蓄电池储能)的基本特点进行了模型分析与研究。总结了微电网的运行特点与技术要求,指出了对逆变器的控制是其稳定运行的关键。对比分析了下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制等传统的逆变器控制方法。在对比上述方法优缺点的后,提出了基于虚拟同步电机技术的并网逆变器控制策略。(3)借鉴同步发电机具有自建电压、大惯性、高输出阻抗等优点,提出采用虚拟同步发电机的控制策略。基于VSG和同步发电机定子电气部分的数学模型,详细对比了它们的等效输出阻抗特性、外特性、动态特性以及功角特性。从数学模型与控制策略两方面对目前提出的虚拟同步发电机模型进行了分类与总结,并对其特性进行了仿真验证。(4)借鉴电力系统调速器和励磁控制器的基本原理,设计了VSG控制的微电网频率和电压控制策略。对微电网系统中的频率与电压进行分析,重点研究了频率偏差和电压偏差的相关规定。然后,对VSG控制技术的三个主要控制部分(虚拟调速器、虚拟励磁控制器、虚拟同步发电机算法)进行分析与设计,为利用虚拟同步发电机控制技术控制微电网频率和电压打下基础。基于Matlab/Simulink仿真平台对提出的虚拟同步发电机控制技术进行仿真分析,重点考察了采用本文所提出的控制策略的微电网系统在孤岛运行和并网运行频率和电压稳定性。通过仿真结果表明,本文提出的微电网电压控制方法可以在较短的调整时间内迅速稳定电压,频率稳定控制方法可以使得电网频率在并网后迅速恢复。(5)针对微电网系统存在的谐波抑制问题进行了分析研究,提出了一种基于有源滤波器和静止无功补偿器联合运行的控制方法。该方法能够同时进行无功功率补偿和谐波抑制。深入分析了有源滤波器和静止无功补偿器的控制策略,利用Matlab/Simulink仿真平台对其进行仿真。仿真结果表明,加入APF和SVC综合作用后电能质量得到了明显改善,加了APF和SVC综合作用的微电网系统具有优越的无功功率补偿性能和谐波抑制性能,能够满足微电网对电能质量调节装置实时性的要求。


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