發(fā)布時間：2020-05-27 15:36

【摘要】：隨著可再生能源在電網(wǎng)能源構成中所占比例的不斷增加,電力系統(tǒng)正在逐步由集中式發(fā)電向分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變,大量的分布式電源通過電力電子變流裝置接入電網(wǎng),由于其缺乏傳統(tǒng)同步發(fā)電機具有的轉(zhuǎn)動慣量和系統(tǒng)阻尼,給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。虛擬同步機技術使得分布式電源或可控負荷在模擬同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量的同時還具備了參與系統(tǒng)一次調(diào)頻、調(diào)壓的能力,從而實現(xiàn)對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的自主維護,對解決分布式發(fā)電系統(tǒng)的頻率、電壓穩(wěn)定問題具有重要意義。本文依托國家高技術研究發(fā)展計劃“863計劃”項目“新型太陽電池、組件和系統(tǒng)部件技術”的課題“光伏微電網(wǎng)核心設備與控制系統(tǒng)研制及示范應用”(2015AA050603)和河北省自然科學基金項目“微網(wǎng)系統(tǒng)自同步電壓源逆變器并聯(lián)技術研究”(E2015502046),以分布式發(fā)電系統(tǒng)一次調(diào)節(jié)和慣量控制為核心問題開展研究,重點研究了計及源端動態(tài)特性的虛擬同步機控制策略,不同控制形式的分布式電源同步調(diào)節(jié)特性及其慣量匹配原則,然后建立了虛擬同步機多機并列系統(tǒng)的高精度小信號模型并進行了虛擬同步機核心控制參數(shù)的穩(wěn)定性分析,最后搭建了基于dSPACE實時仿真系統(tǒng)的虛擬同步機半實物實驗平臺對相關控制方法進行了實驗驗證。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)分析了可再生能源高滲透率的分布式發(fā)電系統(tǒng)面臨的穩(wěn)定性問題,以及系統(tǒng)一次調(diào)節(jié)和慣性支撐能力對系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定運行的影響,對虛擬同步機基本思想、技術沿革、典型應用、發(fā)展方向等方面進行了梳理歸納,總結(jié)了虛擬同步機目前仍需深入研究的關鍵問題以及未來相關技術發(fā)展趨勢。(2)提出了光伏運行工作點跟蹤方向可變的變功率點跟蹤控制方法,并闡述了該方法的具體實施過程,該方法在光伏陣列輸出功率不足時能夠保持MPPT的控制特性以實現(xiàn)對系統(tǒng)的最大功率支撐,而在光伏陣列輸出功率過剩時能夠自適應調(diào)節(jié)光伏輸出以維持系統(tǒng)功率穩(wěn)定;進而提出了基于變功率點跟蹤控制的光伏虛擬同步機控制策略,該策略考慮了虛擬同步機源端分布式能源隨機性和波動性對虛擬同步機輸出特性的影響,克服了基于傳統(tǒng)MPPT控制的虛擬同步機在光伏輸出功率過剩時容易造成系統(tǒng)功率失衡、直流母線電壓崩潰的技術缺陷。(3)建立了傳統(tǒng)下垂控制DG逆變器與虛擬同步機相統(tǒng)一的數(shù)學模型,分別實現(xiàn)了下垂控制方程與轉(zhuǎn)子運動方程、下垂控制系數(shù)與慣性時間常數(shù)在物理意義上的統(tǒng)一;研究了分布式發(fā)電系統(tǒng)在遭受負荷擾動或源端出力擾動后系統(tǒng)頻率和功率動態(tài)調(diào)節(jié)過程的物理本質(zhì),指出了系統(tǒng)受到小干擾后維持穩(wěn)定運行本質(zhì)上取決于轉(zhuǎn)子角加速度和轉(zhuǎn)子相對角速度是否同時為零;提出了兩臺SG并聯(lián)系統(tǒng)、兩臺VSG并聯(lián)系統(tǒng)、下垂控制DG逆變器與VSG并聯(lián)系統(tǒng)三種典型分布式電源并聯(lián)結(jié)構的擾動功率分配規(guī)律和相應的核心控制參數(shù)配置原則;針對分布式電源多機并列系統(tǒng)頻率和功率暫態(tài)同步性和一致性問題,提出了分布式發(fā)電系統(tǒng)多機并列運行慣量匹配方法。(4)提出了包含控制系統(tǒng)中所有中間控制環(huán)節(jié)狀態(tài)變量的VSG單機以及VSG多機并列系統(tǒng)的小信號精確模型建立方法,該模型以基于虛擬阻抗和電壓電流雙閉環(huán)控制的VSG控制策略為對象,實現(xiàn)了對主電路參數(shù)、下垂控制參數(shù)、虛擬慣量參數(shù)、雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)、線路阻抗參數(shù)、虛擬阻抗參數(shù)等VSG核心參數(shù)進行準確的系統(tǒng)特征根軌跡分析及靈敏度分析,為VSG單機及VSG多機并列系統(tǒng)穩(wěn)定性分析奠定理論基礎,同時為VSG相關參數(shù)優(yōu)化設計提供基本設計原則和穩(wěn)定性判據(jù)。(5)在實驗室環(huán)境下搭建了基于dSPACE實時仿真系統(tǒng)的VSG半實物實驗平臺,分別針對VSG單機獨立運行和VSG雙機并聯(lián)兩種工況,在不同特性負荷擾動、并離網(wǎng)切換情況下實驗分析了虛擬同步機一次調(diào)頻、一次調(diào)壓、轉(zhuǎn)動慣量、功率解耦、負荷功率分配等特性,驗證了本文提出的分析方法和控制策略的正確性。
【圖文】：

側(cè)）和虛擬同步電動機（負荷側(cè)）兩種形式。逡逑虛擬同步機（Ｖｉｒｔｕａｌ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍａｃｈｉｎｅ，邋ＶＳＭ）技術是一種電力電子變逡逑流器的特殊控制技術，如圖１－２所示，該控制技術以傳統(tǒng)同步電機的機電暫態(tài)逡逑—兔R憽掊義夏茉村危咤義系繽義系刃В蝚擬Ｉ邐貫＂￥、—逡逑？邐人善ｆ邋Ｊ逡逑｜原動機｜同步發(fā)電機逡逑圖１－２虛擬同步機技術逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｖｉｒｔｕａｌ邋ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ逡逑６逡逑

１．２虛擬同步機研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１虛擬同步機發(fā)展沿革逡逑虛擬同步機相關技術發(fā)展沿革如圖１－３所示。１９９７年，電氣和電子工程師逡逑協(xié)會（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ邋ｏｆ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ａｎｄ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，邋ＩＥＥＥ）邋“柔性交流輸電系逡逑統(tǒng)”（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ＡＣ邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ，，邋ＦＡＣＴＳ邋）工作組定義了邋一邋系列關于逡逑ＦＡＣＴＳ的術語，其中首次使用了邋“靜止式同步發(fā)電機”（Ｓｔａｔｉｃ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ逡逑Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，邋ＳＳＧ）的概念［３６１，定義ＳＳＧ為輸出電壓可調(diào)的功率變流器，其可以逡逑為交流電力系統(tǒng)提供獨立可控的有功功率和無功功率。但是ＳＳＧ多以電流源形逡逑式接入電網(wǎng)，以實現(xiàn)可再生能源的最大利用率［３７１，因此單純ＳＳＧ不具備一次調(diào)逡逑“ＶＳＧ”方案改進“ＶｉＳＭＡ”方案逡逑侉漢大學邐ＣｈｅｎＹｏｎｇ教授逡逑—ＢＢ—｜？電流源型邋ｖｓｇ逡逑ＳＳＧ概念邋“Ｖ１ＳＭＡ”方案逡逑ＩＥＥＥ邋Ｔａｓｋ邋Ｆｏｒｃｅ克勞
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM61

【參考文獻】

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本文編號：2683747