基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略.doc
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1、基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略摘要:虚拟同步发电机(VSG)控制算法能够模拟传统同步发电机的外特性,控制逆变器为大电网提供电压和频率支撑,以及相应的惯性和阻尼特性,使得大电网的稳定性得到提高。基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略,在外环中引入励磁调节器,考虑实际导线参数,提出一种多VSG并联组网下的功率分配策略,通过搭建两台不同容量的VSG并联系统仿真模型,实现VSG在并网下按照额定容量比进行功率分配。经过实验验证,多VSG并联下的功率分配策略可以实现离/并网运行模式的无缝、平滑切换,有较好的可行性与适用性。0 引言微电网是各种类型的分布式电源并网的重要形式,也是
2、清洁能源与电网之间的桥梁。随着分布式电源渗透率的提高,增大对大电网电压和频率的不利影响,从而提高系统稳定性是亟待解决的。传统的微网逆变器控制策略几乎没有惯性,无法为电网提供稳定性支撑,所以需要新的控制策略来改善新能源的调频调压特性,对未来智慧城市的建设具有重要意义。虚拟同步发电机(VSG)的外接口特性能够与同步发电机(SG)相媲美,具备SG所固有的转子惯性、调频调压特性、下垂外特性以及输出阻抗特性,对维持大电网稳定性具有重要意义,利用VSG算法将逆变器控制成具有SG的特性,在负荷变化过程中,维持频率和电压稳定1。文献1通过模拟同步发电机的预同步装置,实现虚拟同步发电机并/离网无缝切换,并且给出
3、了转动惯量和阻尼系数的参数优化方法,但没有考虑实际参数的物理意义。文献2-3按照SG的电磁暂态特性进行设计,主要考虑了有功调频和无功调压特性,保证了系统动态过程频率和输出电压的稳定性。文献4对同步发电机转子运动方程线性化处理,提出了阻尼参数和转动惯量优化方案,但没有给出电磁暂态特性及调压特性,弱电网下难以支撑电压。本文基于孤岛微电网下的VSG虚拟阻抗的双闭环控制策略,结合VSG控制框图,首先详细阐述了虚拟同步发电机各个控制部分的基本原理,其次以两台不同容量的VSG为例,提出并联组网时的功率分配策略,通过搭建两台不同容量的VSG并联系统仿真模型,实现VSG在并网下按照额定容量比进行功率分配。最后
4、经过验证,多VSG并联下的功率分配策略可以实现离/并网模式下的无缝平滑切换。1 虚拟同步发电机控制策略虚拟同步发电机控制策略主要包括功频调节器、励磁调节器、电气控制部分、双闭环控制以及预同步过程五个部分,调制部分为SPWM调制用于驱动IGBT的通断,VSG控制框图如图1所示。1.1 功频调节器由原动机方程和机械转子方程共同组成功频调节器,假设极对数为1,VSG的转子运动方程如式(1)。式中:为转子角速度;0为空载转子角速度;Tm为机械转矩;Te为电磁转矩;Pm、Pe分别为机械功率和电磁功率;D为虚拟阻尼系数;J为虚拟惯量。虚拟同步机的功频调节器能够在并网跟踪的基础上对频率的偏差做出有功调节响应
5、,有效提升多微源逆变器应对频率异常事件情况,有助于频率的平稳变化,提高了系统的稳定性。1.2 电气控制部分现研究的逆变器控制算法大多数是逆变器输出呈阻性,实际中同步发电机的输出阻抗呈感性,故本文模拟同步发电机的外特性,VSG的电气控制部分采用同步发电机的二阶方程,为使VSG输出阻抗呈感性,令r=0,如式(2)。1.3 励磁调节器通过无功调压下垂特性得到VSG机端电压的给定值Uref,其表达式:式中:UN为额定电压,Dq为无功调节系数,Qref、Q分别为无功指令和瞬时无功值。VSG无功调压控制部分较好地模拟同步发电机励磁系统稳定电压的特性,使得输出电压在一个合理值,能够更好地实现VSG并联下的功
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