基于双模式同步逆变器的微电网控制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruoling863
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随着能源短缺、环境污染等问题日益严峻,基于可再生能源的分布式发电广受青睐。但常规分布式电源存在单机成本高、控制困难等问题,因此其发展受限。微电网系统作为并网友好型接口,能有效协调电网和分布式电源之间的矛盾,正成为当下的研究热点。微电网逆变器作为可再生能源入网装置,其运行状态直接决定系统的性能。同步逆变器具有虚拟惯性、电压、频率支撑、有功/无功独立解耦控制、以及并/离网双模式运行等特点,在微网系统中具有很好的应用前景。本文针对应用于微电网系统的同步逆变器控制技术展开研究,具有重要的理论价值和实际意义,也是推动微电网发展的关键。  论文首先通过对比分析同步电机和同步逆变器的电气硬件,讨论了将同步电机控制策略移植到逆变器控制中的可行性,然后分别对同步电机的机械部分和电气部分进行建模,得到同步电机的数学模型,并据此得到同步逆变器的控制策略,使逆变器具备同步电机的机械惯性、一次调频和一次调压特性;在同步逆变器时域大信号模型的基础上,借鉴阻抗功率传输公式得到功率环的频域小信号模型,推导出系统的传递函数,从理论上解释了同步逆变器有功/无功静态解耦机理,并从系统稳定性角度开展分析,给出了系统参数优化设计方法;同时研究分析了电流内环的数学模型,并设计了PR调节器参数;分析同步逆变器在离网和并网两种模式以及两种模式之间的切换过程中的响应,验证其幅值和频率支撑能力,并研究分析了一种改进型并网预同步控制策略,实现离网到并网模式的平滑切换;最后针对电网不对称条件下同步逆变器的工作条件进行了分析,提出一种改进型控制策略,可显著改善逆变器入网电流波形质量。  本文在MATLAB/Simulink环境下,搭建了同步逆变器仿真模型,验证同步逆变器控制策略的有效性;搭建了基于TMS320F28335型DSP的硬件实验平台,对同步逆变器控制策略的硬件和软件进行了设计,通过硬件平台对前文的理论分析和同步逆变器的各项基本功能开展了实验验证。仿真和实验结果表明:同步逆变器能实现有功功率和无功功率的独立解耦控制,在电网异常时能提供一定的频率和幅值支撑,在离网时可以提供整个微电网系统的电压支撑,且能实现离网模式和并网模式之间的平滑切换,在电网不对称时入网电流仍能保持较好的质量,因而在微电网系统中具有良好的应用前景。
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