运用虚拟同步电机技术的微电网控制研究

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微电网采用多种可再生能源,可以充分发挥分布式发电技术的优势,对解决能源与环境问题具有重要意义,已成为各国电力发展战略的重点。但其采用的电力电子逆变器接口不具有传统同步发电机的惯性与阻尼分量,给电力系统的安全与稳定带来了冲击。虚拟同步发电机技术可以使逆变电源具有类似同步发电机的输出特性,其对于提高微电网的“友好”性、电力系统的安全稳定性有重要意义。  在对含有储能系统、光伏发电系统及柴油发电系统的微电网进行建模研究后,本文对微电网中的光储系统采用新型虚拟同步发电机控制,其本体模型模拟同步发电机的经典二阶模型,并对其有功频率调节器和无功励磁调节器分别进行设计。为了分析虚拟同步发电机惯性与阻尼参数对系统稳定性的影响,建立了虚拟同步发电机的小信号模型。利用逆变器灵活可控的特性,打破了转速与频率的制约关系,实现了虚拟同步发电机启动性能的改进。并网模式下的对比仿真结果验证了以上分析与研究的正确性和有效性。  由于经典二阶模型无法很好地模拟同步发电机的动态响应过程,传统线性控制方法在应对参数摄动和外界扰动方面有较大局限性,本文提出了基于自适应Terminal滑模的虚拟同步发电机控制方案,利用含汽门开度和励磁系统的四阶同步发电机模型来模拟同步发电机的动态特性。并网模式下的对比仿真结果表明,该控制方案不仅可以为逆变系统提供虚拟阻尼和惯性,还可以保证系统在不确定性和外界扰动情况下的鲁棒性和稳定性。  最后本文对含虚拟同步发电机的独立微网运行控制策略进行研究,柴油发电系统与光储系统采用对等控制,共同完成微电网的一次调频任务,维持微网的有功平衡。并由柴油发电系统独立完成系统二次调频任务,实现频率的无差调节。在MATLAB/Simulink仿真软件中,进行光伏出力增加,负荷功率增加的仿真实验,结果表明,在孤岛模式下,运用虚拟同步发电机技术可以减小微电网中光伏出力波动和负载变化引起的频率偏移,从而拓展了虚拟同步电机技术在微电网控制中的通用性。
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