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随着诸如光伏、风能等清洁可再生能源发电装机规模的日益扩大,新能源分布式发电(distributed generation,DG)技术得到广泛应用。微电网作为承载分布式发电技术的主要载体,可以将各种类清洁可再生能源发电单元以及储能元件有机集成为一个系统,是未来分布式发电技术主要研究方向之一。微电网中三相电压源型逆变器(VSI)常用作微电网中衔接分布式发电单元接口装置,通过对其加以相应的控制方法能够保证微电网系统的稳定可靠运行,为用户提供清洁优质的电能。但是,在孤岛模态下运行的系统,由于频率和电压没有大电网支撑,不合理的逆变器控制方法、线路阻抗、非线性负载以及不平衡等因素均对系统的功率均衡产生影响。因此,本文在阅读大量文献及科研研究的基础上,针对运行于孤岛模态下的多逆变结构系统的功率均衡控制方法展开研究。论文的主要工作如下:
首先,研究并构建了三相电压源逆变器(VSI)的拓扑结构,并对其滤波电路参数的甄选原则进行了设计,根据三相电压源逆变器(VSI)的拓扑结构分别建立了三相静止abc坐标系、两相静止αβ坐标系以及两相同步旋转dq坐标系下的数学模型,为使逆变器功率得到合理有效地分配,提出了针对多逆变结构系统的复合控制方法,为后续功率均衡控制方法研究打下基础。
其次,对孤岛模态下搭载复合型非线性负载、不平衡负载以及复合型非线性不平衡负载的逆变器进行了一次控制,一次控制包含电压/频率均衡控制方法研究和不平衡均衡控制方法研究,电压/频率均衡控制研究通过下垂功率控制环、电压电流控制环以及虚拟阻抗环相互配合实现逆变器一次控制中电压/频率均衡控制,其中下垂功率控制环提出基于相位补偿的下垂功率控制与虚拟阻抗相结合的控制方法,在不改变系统功率分配的情况下,可以有效地保证系统稳定性,不平衡均衡控制方法研究通过陷波器滤除不平衡状态下正、负序电压、电流的功率波动,并结合PI控制器完成不平衡均衡控制研究,仿真结果验证了一次控制的有效性。
最后,由于一次控制中控制器本身的特性会导致系统电压/频率出现一定的偏差,进而影响功率均分的精度,因此在一次控制的基础上对逆变器进行了二次控制。二次控制中加入了电压幅值控制和频率恢复控制,经过电压幅值及频率二次控制,可使电压幅值及频率维持在正常范围内,针对不平衡电压及电压谐波,在二次控制中加入电压正负序补偿控制器,并增设了谐振控制器,经过控制器的二次控制将正负序电压送至一次控制分布式发电单元的控制器中进行补偿,从而确保多逆变结构系统功率得到准确的均分,实现多逆变结构系统平稳可靠的运行。
首先,研究并构建了三相电压源逆变器(VSI)的拓扑结构,并对其滤波电路参数的甄选原则进行了设计,根据三相电压源逆变器(VSI)的拓扑结构分别建立了三相静止abc坐标系、两相静止αβ坐标系以及两相同步旋转dq坐标系下的数学模型,为使逆变器功率得到合理有效地分配,提出了针对多逆变结构系统的复合控制方法,为后续功率均衡控制方法研究打下基础。
其次,对孤岛模态下搭载复合型非线性负载、不平衡负载以及复合型非线性不平衡负载的逆变器进行了一次控制,一次控制包含电压/频率均衡控制方法研究和不平衡均衡控制方法研究,电压/频率均衡控制研究通过下垂功率控制环、电压电流控制环以及虚拟阻抗环相互配合实现逆变器一次控制中电压/频率均衡控制,其中下垂功率控制环提出基于相位补偿的下垂功率控制与虚拟阻抗相结合的控制方法,在不改变系统功率分配的情况下,可以有效地保证系统稳定性,不平衡均衡控制方法研究通过陷波器滤除不平衡状态下正、负序电压、电流的功率波动,并结合PI控制器完成不平衡均衡控制研究,仿真结果验证了一次控制的有效性。
最后,由于一次控制中控制器本身的特性会导致系统电压/频率出现一定的偏差,进而影响功率均分的精度,因此在一次控制的基础上对逆变器进行了二次控制。二次控制中加入了电压幅值控制和频率恢复控制,经过电压幅值及频率二次控制,可使电压幅值及频率维持在正常范围内,针对不平衡电压及电压谐波,在二次控制中加入电压正负序补偿控制器,并增设了谐振控制器,经过控制器的二次控制将正负序电压送至一次控制分布式发电单元的控制器中进行补偿,从而确保多逆变结构系统功率得到准确的均分,实现多逆变结构系统平稳可靠的运行。