本文關(guān)鍵詞：基于虛擬同步電機原理的電力電子變壓器控制研究

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【摘要】：隨著分布式發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,大量的分布式發(fā)電裝置以及儲能設備將接入電網(wǎng),同時以電動汽車為代表的新型負載的加入,配電網(wǎng)的能量控制與管理將會變得十分復雜,傳統(tǒng)的配電設備已無法滿足未來配電網(wǎng)的需求,更無法適應未來電力市場化的需要。由此結(jié)合電力電子技術(shù)與信息技術(shù)的電力電子變壓器(Power Electronic Transformer, PET)得到了廣泛的研究,其可為各類分布式發(fā)電裝置以及負載提供靈活多樣的電氣接口,同時各接口變流器具有響應能量主動調(diào)節(jié)的能力。然而,基于功率變換電路構(gòu)成的PET,雖然各接口變流器功率響應速度快,但不具備同步電機的機械特性以及同步運行機制,因而隨著PET在配電網(wǎng)中滲透率的逐漸提高,其功率變流器對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將不容忽視。其中,高壓交流接口由于缺乏足夠的慣性與阻尼特性,在并網(wǎng)模式下易導致配電網(wǎng)暫態(tài)不穩(wěn)定,甚至會引起并網(wǎng)電流對配電網(wǎng)的沖擊,同時缺乏同步運行機制,無法響應配電網(wǎng)電壓／頻率調(diào)節(jié)。而PET低壓交流接口由于缺乏大電網(wǎng)的支撐,在響應功率調(diào)節(jié)過程中,易影響低壓側(cè)系統(tǒng)的電能質(zhì)量。為此,本文基于虛擬同步電機原理,針對PET交流接口控制展開研究。首先,根據(jù)PET高、低壓交流接口應用場景以及功能上的不同,提出了相應的控制策略。其中,高壓交流接口根據(jù)同步電機運行機理,建立了有功-頻率、無功-電壓以及并網(wǎng)電流控制策略,提升了高壓交流接口柔性,抑制了并網(wǎng)電流諧波畸變率,減少了對配電網(wǎng)的沖擊；同時PET具有自動響應配電網(wǎng)電壓／頻率調(diào)節(jié)的能力,有效地增強了配電網(wǎng)穩(wěn)定性。低壓交流接口通過外環(huán)有功-頻率和無功-電壓控制器融合虛擬同步電機技術(shù),提升了低壓交流接口的功頻響應以及無功調(diào)節(jié)特性,有效地增強了低壓側(cè)系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定性。而內(nèi)環(huán)電壓電流通過PR控制器,使得輸出電壓能夠較好地跟蹤電壓參考值,并采用電流控制環(huán)作為補償環(huán)節(jié),提高了功率響應速度,維持了低壓系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。然后,通過建立虛擬同步電機控制器小信號模型,分析了相關(guān)參數(shù)對PET功率調(diào)節(jié)的影響,并研究了PET在虛擬同步電機控制下的并網(wǎng)以及并聯(lián)運行特性,最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平臺搭建了系統(tǒng)仿真模型,并搭建了實驗小樣機,仿真和實驗結(jié)果表明了所提控制策略的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：配電網(wǎng) 電力電子變壓器 電能質(zhì)量 虛擬同步電機 小信號模型
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及意義10-12
• 1.2 電力電子變壓器研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 虛擬同步電機控制研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 電流型虛擬同步電機控制技術(shù)15-16
• 1.3.2 電壓型虛擬同步電機控制技術(shù)16-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 第2章 電力電子變壓器原理與模型19-32
• 2.1 電力電子變壓器結(jié)構(gòu)及工作原理19-21
• 2.2 高壓交流接口模型及控制分析21-24
• 2.3 直流接口模型及控制分析24-25
• 2.4 低壓交流接口模型及控制分析25-31
• 2.4.1 低壓交流接口模型25-27
• 2.4.2 低壓交流接口控制分析27-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 電力電子變壓器虛擬同步電機控制研究32-46
• 3.1 同步發(fā)電機數(shù)學模型32-34
• 3.2 高壓交流接口虛擬同步電機控制34-41
• 3.2.1 有功-頻率控制36-38
• 3.2.2 無功-電壓控制38-40
• 3.2.3 并網(wǎng)電流控制40-41
• 3.3 低壓交流接口虛擬同步電機控制41-45
• 3.3.1 基于VSG技術(shù)的外環(huán)控制41-44
• 3.3.2 內(nèi)環(huán)電壓電流控制44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 PET虛擬同步電機控制參數(shù)及運行特性分析46-58
• 4.1 高壓交流接口濾波參數(shù)攝動影響分析46-48
• 4.2 慣性與阻尼參數(shù)分析與整定48-52
• 4.2.1 慣性與阻尼參數(shù)分析48-49
• 4.2.2 慣性與阻尼參數(shù)整定49-52
• 4.3 電力電子變壓器運行特性分析52-57
• 4.3.1 高壓交流接口并網(wǎng)運行特性分析52-54
• 4.3.2 低壓交流接口離網(wǎng)運行特性分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 基于虛擬同步電機控制的PET系統(tǒng)仿真與實驗58-75
• 5.1 PET系統(tǒng)仿真模型及參數(shù)58-61
• 5.1.1 仿真模型58-60
• 5.1.2 仿真參數(shù)60-61
• 5.2 PET系統(tǒng)仿真分析61-70
• 5.2.1 穩(wěn)態(tài)仿真分析61-67
• 5.2.2 動態(tài)仿真分析67-70
• 5.3 實驗驗證70-74
• 5.3.1 PET穩(wěn)態(tài)整體輸出實驗70-73
• 5.3.2 PET同步電機特性實驗73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-82
• 附錄A 攻讀學位期間獲得的研究成就82

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本文編號：806313