基于虚拟同步发电机的微网逆变器新型控制策略研究

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随着电力需求的增加和分布式电源接入电网的比例不断提高,使得可以在孤岛情况下对本地负荷进行供电,又能与大电网进行并网的微网技术得到大量的应用。微网系统都是通过逆变器进行供电与并网的,而逆变器是由大量的电力电子元件组成,虽然电力电子元件响应速度快但是输出外特性较硬,而且不能像传统同步发电机一样提供惯性和阻尼,使得系统的稳定性下降,容易导致系统的震荡。近年来,研究人员为解决微网逆变器的较小的惯性和较低的可用动能的缺点,提出了虚拟同步发电机控制,控制器允许逆变器通过模拟同步发电机的运动方程来模拟同步发电机的特性,使得微网系统更加稳定。在虚拟同步发电机控制的情况下,可以实时改变运动方程的参数以改善系统的瞬态响应,这在实际的同步电机中是不可能的。本文在微网逆变器控制中,提出了一种参数自适应的虚拟同步发电机控制策略,不仅考虑虚拟惯量的作用还考虑了虚拟阻尼系数对系统稳定的影响,设计了以角频率偏移最小和系统稳定为目标的适应度函数,利用改进的粒子群优化技术求解目标函数最小值,使得虚拟惯量和虚拟阻尼系数的值可以根据负载的变化自适应调整。引入李雅普诺夫直接法用于微网逆变系统的暂态稳定性分析。为了提高多虚拟同步发电机系统的可靠性和扩展性,逆变器并联是一种常用的技术,但是直接并联运行的虚拟同步发电机逆变系统输出有功功率会发生耦合,无功功率同样也会耦合,因此会产生功率环流,使得系统的功率不能正确分配。针对上述问题,本文提出了一种自适应虚拟阻抗控制策略,使得并联的各虚拟同步发电机能够根据输出的有功功率和无功功率自适应调整虚拟阻抗,在一定程度上降低了并联虚拟同步发电机系统的等效输出阻抗的差异,通过保持等效连接线阻抗一致性,可以明显减弱虚拟同步发电机间的环流。利用所提出的控制策略,可以极大地抑制并联微网逆变器间的环流并且大大提高微网系统的整体性能。对本文提出的虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制算法进行仿真实验,实验结果验证了提出的自适应控制算法不仅能抑制频率的震荡还能使系统频率的偏移减小,实现了虚拟同步发电机的自适应控制。对本文提出的多虚拟同步发电机并联环流抑制控制策略进行仿真实验,实验结果表明了本文提出的控制策略可以实现虚拟阻抗的自适应控制,从而抑制并联虚拟同步发电机间的环流。
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