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微网是将分散的多种不同发电形式的微型电源混合并联起来,为当地负载提供电能的发电系统。微网中微型电源大部分由新能源如风力或光伏发电组成,由于这些新能源发电本身固有的随机性和间歇性等特点,微网中微型电源的对外接口特性与传统同步发电机的对外接口特性有较大的差异,这些不利于微电网的安全可靠运行,也给电力系统的统一管理和控制带来一定的困难。在微网中添加高效的电力系统储能装置,能够使新能源发电单元模拟同步发电机的转动惯量,然后将采用合适控制策略的电力电子变换器发出的可靠、高效、优质电能提供给用户或者电网。
本文的主要工作是在微网逆变器直流侧加入电力储能装置后,设计一种模拟同步发电机并网特性的并网接入系统,即虚拟同步发电机接口系统。
首先,在分析了分布式发电系统和微电网发电系统的运行特点及比较了控制技术的基础上,提出了选择性价比和可靠性较高的新型液流储能电池钒流电池(Vanadium Redox Flow Battery,VRB)作为储能装置,并同时将同步发电机在dq坐标系下的数学模型应用到控制算法中,提出控制电力电子变换装置使微电网对外接口具有虚拟同步发电机输出特性即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的研究思路。
其次,通过搭建电池、电力电子变换器和电网的数字仿真模型,借鉴已经十分成熟的常规的同步发电机励磁控制和原动机调节系统,研究出适用于微电网中逆变器与电网接口的虚拟励磁控制器和虚拟原动机调节的控制算法。在虚拟同步发电机输出特性的同时,提高了系统的动态响应和稳态响应性能,在应对微电网中风力发电或者光伏发电因故障退出发电系统或者负载突变时,使整个系统有快速的响应性能和高可靠性。
最后,进行仿真计算与分析,并在实验室搭建试验验证系统,开展上述内容的研究,据此验证提出的虚拟同步发电机控制策略的正确性和优越性。