多能互補(bǔ)微電網(wǎng)中的虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)控制研究.pdf

1、近年來，分布式能源在電力系統(tǒng)中滲透率不斷增加的同時(shí)，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來新的影響與挑戰(zhàn)。多能互補(bǔ)微電網(wǎng)作為一種新型的分布式發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)⒍喾N具有互補(bǔ)性的分布式能源集中于同一個(gè)系統(tǒng)中，提高整個(gè)微電網(wǎng)的能源利用率、供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。然而，基于電力電子逆變接口的分布式能源不具備旋轉(zhuǎn)慣性和阻尼分量，將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。虛擬同步發(fā)電機(jī)(Virtual Synchronous Generator，VSG)作為一種能夠使

2、分布式逆變電源具有與同步發(fā)電機(jī)相似特性的控制技術(shù)，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的支持作用。
　　針對(duì)VSG在多能互補(bǔ)微電網(wǎng)中的控制及其應(yīng)用問題，本文在國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃)《光伏微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究和核心設(shè)備研制》(2015AA050607)等國家項(xiàng)目的支持下，并依托與陽光電源股份有限公司開展的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目《虛擬同步發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究和示范應(yīng)用》，通過理論研究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和示范應(yīng)用等環(huán)節(jié)系統(tǒng)深入地研究了多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的負(fù)

3、載適應(yīng)性、并網(wǎng)適應(yīng)性、頻率穩(wěn)定性以及運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)問題，完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下:
　　1)闡述了多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的產(chǎn)生背景、運(yùn)行特征及控制結(jié)構(gòu)，并總結(jié)了VSG的技術(shù)分類、應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上，研究了VSG控制策略，并建立了VSG的并網(wǎng)和組網(wǎng)小信號(hào)模型，分析了虛擬慣性、虛擬阻尼等主要參數(shù)對(duì)VSG控制穩(wěn)定性的影響。
　　2)針對(duì)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)中沖擊性、不平衡、非線性負(fù)載對(duì)電能質(zhì)量影響的問題，一方面提出了基

4、于輸出電壓反饋的VSG多環(huán)控制策略，利用微分反饋和前饋解耦的復(fù)合控制，在負(fù)載階躍擾動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)了良好的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)特性;另一方面提出了基于級(jí)聯(lián)廣義積分器的虛擬阻抗控制策略，在消除輸出電流中的直流分量與諧波分量的同時(shí)，有效克服了虛擬阻抗引入所帶來的諧波放大問題;同時(shí)提出了基于諧波虛擬阻抗的電壓諧波抑制策略，通過VSG的靈活虛擬阻抗控制，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的電壓諧波不控、抑制以及拒絕3種模式的選擇性抑制，并利用PI+多個(gè)諧振電壓調(diào)節(jié)器對(duì)多能互補(bǔ)微

5、電網(wǎng)的輸出電壓不平衡與諧波進(jìn)行抑制。
　　3)針對(duì)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性問題，提出了基于VSG一次調(diào)頻與柴油發(fā)電機(jī)組二次調(diào)頻的頻率分層協(xié)調(diào)控制策略，兼顧了VSG與柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能與調(diào)頻特性;并在分析定參數(shù)VSG動(dòng)態(tài)功角響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，提出了自校正VSG控制策略，利用了VSG的虛擬慣性與阻尼參數(shù)能夠自校正以及負(fù)虛擬慣性的優(yōu)勢(shì)，參與系統(tǒng)調(diào)頻;同時(shí)為了抑制柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)頻率波動(dòng)，研究并提出了基于負(fù)載電流微分前饋的VSG頻

6、率穩(wěn)定性控制策略，進(jìn)一步增加系統(tǒng)的阻尼，減小系統(tǒng)頻率的超調(diào)量、幅值偏差及其變化率。
　　4)針對(duì)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的并網(wǎng)適應(yīng)性問題，提出了基于PQ/VSG自適應(yīng)模式切換的控制策略，通過對(duì)比儲(chǔ)能變流器分別采用動(dòng)態(tài)改變下垂系數(shù)、平移下垂特性曲線以及自適應(yīng)模式切換算法時(shí)的并網(wǎng)功率輸出特性，體現(xiàn)了所提控制策略在提高微電網(wǎng)并網(wǎng)適應(yīng)性方面的優(yōu)越性。另外，針對(duì)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用，研究了基于VSG的黑啟動(dòng)和運(yùn)行模式的無縫切換控制策略，并進(jìn)行了實(shí)