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基于虚拟同步机的MMC互联变换器控制策略研究

卢绍群  
【摘要】:交直流混合微电网作为新能源电力系统关键组成部分,在提高新能源利用率、保持新能源电力系统的稳定、促进配电网与大电网平衡发挥重要的作用。由于交直流微电网中采用大量电力电子装备,其固有的转动惯量小的特性严重影响了电力系统的稳定性。为保持交直流微电网的稳定,本文将模块化多电平换流器(MMC)作为交直流混合微电网的母线互联变换器,建立交直流混合微电网下的MMC数学模型,分析其工作机理、控制策略和稳定性,并通过模型仿真与实验,验证相关算法。本论文主要的研究内容和创新点如下:(1)提出一种自适应虚拟参数的虚拟同步机控制策略。针对传统虚拟同步机控制无法根据频率变化自适应改变系统的动态惯量水平问题,本文首先分析交直流混合微电网下MMC互联变换器数学模型,工作机理、虚拟同步机算法的基本原理及问题形成原因。在此基础上,分析与研究MMC互联变换器功率传输规则,以混合微电网与负荷有功功率均衡为目标,提出一种自适应虚拟参数的虚拟同步机控制策略。通过自适应虚拟参数的变化,在保证系统稳态性能的前提条件下,系统可跟随频率的变化调整系统惯量水平。通过搭建仿真模型进行仿真实验,仿真结果表明所提方法的有效性。(2)采用根轨迹法详细分析了虚拟同步机控制策略的稳定性。针对虚拟同步机参数对系统稳定性影响较大的问题,首先推导得到虚拟同步机控制策略的小信号模型。然后通过根轨迹以及劳斯判据分析了转动惯量以及阻尼系数对系统的稳定性影响,得出当阻尼系数较小时,互联变换器的输出功率存在低频振荡的现象,随着阻尼系数的增加,阻尼比增大振荡减弱的结论,通过合理设计虚拟同步机参数,可提高系统稳定性。(3)提出一种基于分布量测的模块化多电平换流器控制方法。针对传统MMC采用集中控制策略时造成的灵活性、可扩展性欠缺以及引起通信繁重的弊端,提出了一种新的分布式控制策略,采用中央控制器进行臂电流控制,将差分电流控制、电容器电压控制以及脉宽调制分配至本地控制器,可显著提高MMC可扩展性,同时电容器电压控制仅依赖于本地子模块电压测量,不需要在每个控制周期通过密集通信的传输电容器电压信号,可以显着减轻控制系统的通信负担。


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