基于虚拟同步发电机的微电网控制策略研究

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由于传统的微电网逆变器接口控制策略缺乏传统同步发电机组固有的自主调频调压能力,且没有惯性与阻尼特性,在大规模并入电网时会影响电网的电压、频率和功角稳定性。对此,国内外学者提出虚拟同步发电机(Virtual Sync hronous Generator,VSG)技术,该技术通过模拟同步发电机的本体模型,实现有功调频、无功调压等特性。本文针对微电网中虚拟同步发电机控制策略进行研究。首先介绍VSG的基本原理,建立VSG的有功-频率控制和无功-电压控制器,在以上基础上制定VSG整体控制策略。针对VSG孤/并网切换问题,本文在VSG一次调频、调压的控制基础上加入积分环节,使VSG具备二次调频、调压控制,以实现电网与VSG频率、电压预同步。相角预同步采用一种不需要锁相环的改进预同步控制方法,该方法控制电网电压q轴分量为0来实现电网与VSG相位同步,进而实现VSG与电网之间的平滑切换,并对上述方法进行仿真验证。基于VSG参数灵活可调的特点,本文进一步研究了虚拟转动惯量J和阻尼系数D的参数控制,提出一种指数型转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,并给出参数选取方法,采用根轨迹法进行稳定性分析。该策略可在VSG角速度变化率和偏离量较大时对虚拟惯量和阻尼系数进行在线调整,可在暂态过程,减少系统的超调量σ%,缩短调节时间,优化VSG惯量和阻尼动态调节特性。最后本文在直流侧进行具体分析和建模,结合以上交流侧的控制方法,建立完整的光伏-混合储能的VSG并网发电结构。首先根据光伏电池的数学模型对光伏电池进行建模,并完成MPPT控制;将蓄电池和超级电容通过各自的双DC/DC变换器并联于直流侧。对功率环参数对储能控制精度影响进行分析,设计带有低通滤波的能量管理策略,并对超级电容进行限值管理。最后设定不同工况进行仿真验证以上策略的可行性和有效性。
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