三相PWM逆變器的虛擬同步發(fā)電機控制方法研究.pdf

1、對于分布式發(fā)電設(shè)備，既要并網(wǎng)時跟蹤功率給定，又能在電網(wǎng)故障時孤島運行保證重要負荷的供電。而矢量電流控制方法只能并網(wǎng)運行，孤島時通常采用下垂控制，模式切換時由電流型控制變?yōu)殡妷盒涂刂?，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矢量控制過快的響應(yīng)還導(dǎo)致像LC諧振等穩(wěn)定問題。而虛擬同步發(fā)電機(VSG)是電壓型控制，并網(wǎng)孤島均可，并離網(wǎng)切換時快速且電流無沖擊。不同于下垂控制，VSG控制加入虛擬慣量和頻率阻尼，可以調(diào)節(jié)功率的響應(yīng)時間，減小電流沖擊，提高功率和頻率的抗擾能力及系統(tǒng)

2、的穩(wěn)定性。弱電網(wǎng)下，VSG還能支撐電網(wǎng)電壓的頻率和幅值。
　　本文首先建立了三相PWM并網(wǎng)逆變器在三相靜止、兩相靜止和同步旋轉(zhuǎn)坐標下的電路模型，介紹了虛擬同步發(fā)電機控制的原理和傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，鑒于鎖相環(huán)帶來的穩(wěn)定問題，提出了正常運行中不用鎖相環(huán)且電壓參考由幅值乘功角得來的控制結(jié)構(gòu)，并在無功控制的前向通道加入一階慣性來增加穩(wěn)定性。根據(jù)并網(wǎng)時頻率偏差小于1％的穩(wěn)態(tài)要求，得到頻率阻尼的選取原則，由簡化一階慣性環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)時間或二階系統(tǒng)的阻尼

3、大小和調(diào)節(jié)時間來確定慣量。
　　虛擬同步發(fā)電機控制回路為二階系統(tǒng)，不同的阻尼大小會使動態(tài)響應(yīng)不一樣，比如阻尼太大導(dǎo)致調(diào)節(jié)時間變長，太小又會引起超調(diào)。本文分析了功率階躍時虛擬慣量、阻尼大小對有功功率和頻率響應(yīng)的影響，無功控制PI系數(shù)和慣性常數(shù)對無功功率和幅值響應(yīng)的影響。預(yù)同步控制用于發(fā)電設(shè)備無沖擊并入電網(wǎng)，分析了現(xiàn)有方法的缺點，改進的方法中加入相角差濾波，頻率參考中減去其比例，就能將相角差調(diào)至零附近，減小了啟動電流和功率反向。另外功

4、率反向也可加入頻率下垂環(huán)節(jié)，改變系數(shù)大小和正負來抑制。
　　常規(guī)PWM變換器控制的穩(wěn)定性問題包括高頻諧振和次同步振蕩，而虛擬同步發(fā)電機存在工頻振蕩。本文分別建立了有功功率-功角和無功功率-幅值控制的開環(huán)傳函，得到了整體的矩陣開環(huán)傳函，用波特圖分析發(fā)現(xiàn)在50Hz處存在諧振，采用虛擬阻抗和電流高通反饋抑制了工頻振蕩。
　　為了驗證理論分析和所提方法在實際環(huán)境中的可行性，在現(xiàn)有的15kW三相PWM并網(wǎng)逆變器實驗平臺上作了驗證。完成