基于虚拟同步发电机微网并网逆变器研究目的与意义

能源是社会发展的重要推动力,随着以太阳能、风能为代表的可再生能源被开发利用,分布式电源和微电网在配电网中的渗透率逐年升高,造成电力系统惯性下降,影响到电网的稳定运行。逆变器作为分布式电源和微电网与电网之间的接口和纽带,在维护系统稳定方面起着至关重要的作用,因此有必要研究逆变器控制来应对上述问题。本文主要对微网逆变器的虚拟同步发电机控制进行研究。首先,介绍了课题的研究背景与意义,对逆变器常用的控制策略进行了介绍,表明了虚拟同步发电机在增强惯性方面的优势。介绍了VSG的数学模型和基本工作原理,分析了转动惯量和阻尼系数对VSG在孤网和并网下的功频特性的影响,建立了小信号模型并进行了稳定性分析,给出了一种可以准确、快速获取控制参数的方法。仿真实现了VSG在孤网和并网下的稳定运行,并且具备惯性和下垂特性,表明了理论的正确性。其次,研究了基于VSG的光储发电系统协调控制策略,对光伏和蓄电池的控制原理进行了介绍。根据光伏、储能、直流母线和并网逆变器之间的功率平衡关系,进行能量管理,利用储能蓄电池对光伏的补充,为VSG提供惯性支撑。VSG根据蓄电池SOC调整功率输出进行限值保护。对VSG运行所需的储能配备进行了定量分析。仿真对上述控制方法进行了验证。再次,针对VSG面临的并网切换问题,改进虚拟同步发电机进行并网预同步。有功环引入积分控制,实现二次调频,并利用根轨迹和伯德图进行改进后的稳定性分析,无功环引入电压反馈校正实现二次调压,相角采用电压定向矢量技术进行相位追踪,进而实现无缝切换。为优化频率和有功功率响应,根据VSG功角特性曲线,分析了转动惯量和频率变化之间的关系,提出一种VSG自适应转动惯量控制方法。仿真验证了所提方法的正确性。最后,搭建了以DSP320F2812为控制核心的VSG硬件实验平台,包括对主电路和采样、调理、保护、驱动等控制系统的设计,在软件CCS3.3上进行VSG控制所需的主程序和包括中断程序、AD采样、定时中断等子程序在内的程序编写与调试。在此基础上进行逆变器控制完成VSG实验研究,结果证明了所提控制的正确性。