虚拟同步发电机多机并联功率分配方法的研究

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分布式电源采用多逆变器并联的方式可提高微网系统的整体容量及可靠性。逆变器并联控制技术是分布式能源技术发展的重难点之一。逆变器并联控制策略中虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generators,VSG)控制由于可模拟大电网中的同步发电机优良的惯性和阻尼特性,使逆变器具有良好的抗频率扰动能力;且该控制方法下逆变器能够参与电网电压和频率的调节,有利于逆变器并入电网。本文针对多VSG并联控制技术的功率分配问题进行了详细的研究。  首先,本文详细阐述了VSG控制的思路及原理,根据同步发电机转子方程和定子方程分别设计了VSG虚拟调速器和虚拟励磁控制器,得到虚拟同步发电机控制策略。详细讨论了关键参数对单台VSG功率及频率响应的影响,在设置参数过程中综合考虑参数对响应速度及超调量的影响。在此基础上分析了VSG多机并联参数的交互影响,讨论了下垂系数、阻尼及转动惯量对VSG多机并联系统的稳定性的影响。  其次,针对微网中线路呈阻性导致的功率耦合问题,分析了VSG等效输出阻抗的大小及其阻感性对功率耦合的影响。对比了整定控制器参数和虚拟阻抗两种方法改善功率耦合的效果。通过理论推导和仿真验证了虚拟阻抗解耦的可行性。由仿真结果可知,虚拟阻抗法可有效调节系统的阻感比,改善由于线路阻抗引入的功率耦合问题。  最后,深入研究了多VSG并联有功和无功功率分配策略。讨论了关键参数对有功功率瞬态和稳态分配的影响,在此基础上得出了多逆变器并联有功功率分配策略;此外,分析了线路阻抗差异对无功分配精度的影响,并通过改进无功下垂控制减小了线路阻抗压降对无功分配精度的影响。提出了基于虚拟阻抗的无功分配策略。并通过Plecs仿真软件对所提出的功率分配策略进行了验证。
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