混合微电网中双向接口变换器的惯性控制研究

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随着新能源的兴起和分布式发电技术的成熟,交直流混合微电网因能充分发挥交流电和直流电的优势,越发成为备受关注的研究热点。连接着交、直流母线的AC/DC双向接口变换器是混合微电网的枢纽,对交、直流子网间的能量交互具有重要作用。双向接口变换器可以通过控制算法实现子网间的功率分配流动,必要时还可以维持母线电压的稳定。因此,有关接口变换器的研究对混合微电网的稳定运行具有重要意义。本文针对电力电子装置快速响应所引起的子网间功率扰动相互影响的问题,提出了一种适用于接口变换器的广义直流电动势(generalized DC electromotive force,G-DCEMF)控制策略。G-DCEMF控制策略属于电流型控制,接口变换器只进行功率传输。在G-DCEMF控制中,通过一个虚拟电阻即可实现交直流子网间有功功率的判断和分配,相比传统的双向下垂控制更容易搭建算法模型。同时,在G-DCEMF控制策略中引入虚拟电感,可以提高变换器的动态性能,这相当于给变换器增加一个惯性环节,有效地减弱了子网间功率波动的相互影响。在PSCAD软件上搭建仿真模型,验证G-DCEMF控制的有效性。本文针对传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)不能兼顾直流母线电压惯性控制的问题,还提出了一种π型虚拟同步发电机(πtype virtual synchronous generator,π-VSG)控制策略。新的控制策略保留了G-DCEMF控制的功率共享功能,并对VSG控制策略的运动方程进行调整,又加入了直流母线电压的惯性控制方程。在为交流频率和直流电压提供虚拟惯性的同时,负载扰动突变的影响可以由交、直流子网共同承担。对π-VSG控制下的接口变换器建立小信号模型,分析了虚拟电阻、虚拟电容等关键参数在小信号扰动下对系统稳定性的影响。又推导了微电网发生大负荷扰动时交流母线频率和直流母线电压的动态响应,并根据稳定性要求确定相关参数的取值方法。最后通过PSCAD仿真软件上搭建模型,验证接口变换器π-VSG控制策略的有效性。
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