光储独立供电系统的稳定性分析

作     者：陈松柏 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林新春

授予年度：2022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：独立供电系统 自同步变换器 锁相同步变换器 小扰动稳定性 暂态稳定性 吸引域 

摘      要：在“碳达峰和“碳中和战略目标的驱动下,我国加快了能源的绿色转型,新能源发电得到了快速发展。随着新能源渗透率和电力电子装备渗透率的提高,电力系统电力电子化程度进一步加深。集发电输电用电为一体的光储独立供电系统的应用,在提高孤岛供电可靠性等方面发挥不可替代的优势。光储独立供电系统通过电力电子变换器进行能量转换。由于电力电子变换器的类型多样化、多时间尺度以及多控制环路耦合,使得系统的稳定性问题尤为突出,严重威胁系统的安全稳定可靠运行。本文从光储独立供电系统的需求出发,提出了自同步变换器和锁相同步变换器的控制策略,分别建立了小信号模型和直流电压时间尺度下暂态模型,分析了系统的小扰动稳定性和暂态稳定性,探究了控制参数对系统稳定性的影响。主要研究内容如下:(1)首先从输入输出功率平衡、一次调频、惯性响应、功率均分、有功无功解耦以及电压支撑等层面出发,提出了储能变换器和光伏自同步变换器的控制策略。其次,阐述了锁相同步变换器的基本工作原理。最后,通过MATLAB/Simulink对其功能进行了验证。(2)以储能变换器与锁相同步变换器两机并联带负荷运行构成的光储独立供电系统为研究对象,建立了全阶非线性模型,利用特征值分析法分析了系统的小扰动稳定性。通过参与因子分析和灵敏度分析,探究了控制参数变化对特征值的变化趋势,在此基础上运用特征值轨迹分别探究了低通滤波器截止频率、锁相环控制器参数以及电流内环控制器参数对系统小扰动稳定性的影响规律。最后,以尽可能使得对稳定性影响较大的特征值远离虚轴,阻尼比接近0.707为目标,利用粒子群算法对五个控制参数进行了优化,优化结果表明系统稳定性能和动态性能有所提升。(3)建立了忽略交流电压环、交流电流环以及网络动态的光储独立供电系统的直流电压时间尺度暂态简化模型,并将简化模型与电路模型进行对比验证了模型的准确性和适用性。基于直流电压时间尺度暂态简化模型,运用间接数值仿真法研究了在突增负荷暂态故障下系统的暂态稳定性,以两个旋转坐标系的夹角和锁相同步变换器的有功电流刻画出了系统的吸引域,并对影响系统暂态稳定性的控制参数进行了分析。