基于惯量与阻尼参数自适应的虚拟同步发电机稳定性研究

作     者：樊威 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：颜湘武;王彤

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：虚拟同步发电机 自适应控制策略 虚拟惯量 阻尼参数 稳定性 

摘      要：近年来,随着新能源以及微电网技术的迅速发展,基于逆变器接口的分布式电源在电力系统中的应用日渐增加,但因逆变器缺乏惯性导致了微网系统稳定性的降低。为了使分布式电源能够更加稳定地运行,国外专家提出了逆变器的虚拟同步发电机（VSG）控制技术。本文基于虚拟同步发电机控制参数灵活可调节的特点,对虚拟同步发电机自适应控制策略及其稳定性问题展开研究。首先,本文给出了 VSG控制的核心思路及其基于的数学表达式,建立了完整的控制结构,同时在Matlab/Simulink中搭建了相应的模型。在此基础上,着重分析了虚拟惯量和阻尼参数的取值对于VSG系统稳定性以及控制系统动态特性的影响,并利用仿真结果加以验证。接下来,本文指出了虚拟同步发电机相比于同步发电机参数灵活可控的优势,尤其是虚拟惯量和阻尼参数能够对VSG的稳定性产生显著影响。在此基础上,分析了现有自适应控制策略对VSG静态稳定性的提高及其局限性,提出了虚拟惯量与阻尼参数共同调节的自适应控制策略。该策略能将暂态过程缩短至功率震荡的第一个四分之一周期并抑制振荡幅度,显著提高了 VSG的静态稳定性,同时仿真结果验证了控制策略的有效。最后,本文分析了 VSG具有电流限幅控制环节时的功角特性,并在此基础上研究了虚拟同步发电机受到较大扰动时的稳定性问题。利用同步发电机中加速面积减速面积的研究方法求解了故障发生时的极限切除角,进一步地提出了这种情况下参数自适应的控制策略及其提高暂态稳定性的机理,通过仿真结果,验证了所提控制策略的优越性。