弱电网下基于SVG协同优化的VSG并网稳定性提升方法

作     者：李牮钟 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：涂春鸣

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：并联系统 虚拟同步发电机 静止无功发生器 稳定性 协调控制 

摘      要：开发利用新能源能够有效解决能源短缺和环境污染问题,大规模的新能源并网使得电力电子装置在电网中渗透率不断提高,改变了传统电网的电源结构,同时电网短路比下降也对供电可靠性和新能源的高效消纳带来了一系列的挑战。并网变流器是新能源、静止无功发生器等装备的关键组成单元,弱电网下新能源变流器的入网适应性成为制约新能源的关键难题之一。现有研究多从弱网下并网变流器的入网特性出发,重在考虑变流器本体的参数调整,因此方法可推广性相对较低。实际电网中,存在大量无功补偿设备。因此,如何实现调控设备与变流器的良性配合,发挥既有设备的运行潜能,对新能源的稳定运行和高效消纳具有重大意义。 本文以虚拟同步发电机和静止无功发生器并联系统为研究对象,研究了并联系统中静止无功发生器对虚拟同步发电机的静态稳定性、输出特性和暂态稳定区间的影响规律,提出了静止无功发生器和虚拟同步发电机的协调控制策略。完成的主要工作如下: (1)分析了虚拟同步发电机的静态运行特性,通过建立虚拟同步发电机的状态空间模型,得到控制参数对虚拟同步发电机稳定性影响规律;针对虚拟同步发电机的暂态运行特性,本文通过虚拟同步发电机并网系统的能量函数和相平面图,得到控制参数对虚拟同步发电机暂态运行的影响规律。 (2)从无功调控设备出发,研究了静止无功发生器对虚拟同步发电机的影响规律。分别构建定电压控制与定电流控制下的静止无功发生器与虚拟同步发电机并联系统模型,分析其并网特性;针对静止无功发生器的两种控制模式,分别提出虚拟同步发电机与静止无功发生器的协调控制策略,并基于仿真分析验证了理论分析的正确性。 (3)对并联系统的不同工况和控制参数下的稳定裕度和暂态稳定区间进行定性分析和定量刻画。基于李雅普诺夫能量函数对并联系统的暂态稳定裕度计算,与单机系统进行对比,得到静止无功发生器对虚拟同步发电机稳定裕度的影响规律。此外,基于等面积法则对并联系统的故障极限切除角和极限切除时间进行计算,分析得到静止无功发生器对虚拟同步发电机暂态稳定区间的影响,并提出了一种提升并联系统系统暂态稳定性的控制策略。