复杂工况下微电网逆变器的虚拟振荡器控制策略研究

作     者：姜汉周 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘欢

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：TPFL-VSI 微电网 正负序分离 一致性 虚拟振荡器控制 

摘      要：随着分布式发电(Distributed Generation,DG)技术的快速发展,以并联逆变器为基础的微电网(Micro-grid,MG)已成为解决能源短缺和缓解传统化石能源污染环境问题的有效途径。为改善MG运行中存在的问题,需要深入研究发电系统的控制策略。虚拟振荡器控制(Virtual Oscillator Control,VOC)作为一种新型的分布式控制技术,凭借其固有的无互联自同步机制,在离网和并网逆变器中体现出巨大应用潜力。相较于传统下垂控制,VOC下的MG系统具有较高的冗余度和良好的抗干扰能力。本文以VOC为主要研究对象,讨论复杂工况下MG孤岛运行系统中存在的电能质量、功率分配等问题,通过改进控制策略,提高微电网的稳定运行性能。当存在一些复杂工况时,即负载变化及非线性不平衡负载接入系统,基于VOC的离网逆变器系统普遍存在谐波失真、电压偏差、频率偏差等问题。针对上述的谐波失真问题,通过引入电压、电流正负序分离技术和改进电压电流双闭环控制结构,提高系统的谐波抑制能力。针对不同线路、不同工况下逆变器系统存在的电压、频率偏差问题,提出一种改进VOC方案,通过设计电压补偿器和频率补偿器改善VOC的下垂特性,进而缓解系统电压、频率不稳定的问题。在Matlab/Simulink平台中搭建三相三线制离网逆变器系统的仿真模型,通过与传统VOC对比,验证所提控制策略在改善谐波失真和电压、频率偏差问题中的有效性。为解决不平衡工况下系统电压的畸变问题,结合不平衡工况下三相四桥臂电压源逆变器(Three-phase Four-leg Voltage Source Inverter,TPFL-VSI)输出电压矢量不对称原因,设计一种基于VOC的分序控制策略,实现对电压畸变地有效抑制。基本思路是,采用二阶广义积分器(Second-order Generalized Integrator,SOGI)提取前三桥臂的电流正负序分量,使用VOC调节正序分量,设计虚拟阻抗和多比例谐振控制器抑制负序分量,设计比例谐振控制器控制第四桥臂的零序电压。使用Matlab/Simulink平台建立TPFL-VSI仿真模型,验证所提分序控制策略的可行性。考虑到控制系统中引入的虚拟阻抗和复杂工况等因素,仅依靠一次控制调节系统频率和电压偏差,控制精度依然欠佳。不同逆变器的线路阻抗不尽相同,有功功率不按比例分配的情况尤为明显。为进一步提高系统电压和频率的稳定性,改善有功功率分配效果,研究一种基于VOC的孤岛MG分层控制策略,通过相邻DGs之间交互电能信息获得频率、电压和有功功率偏差,运用一致性算法获得动态修正值,进而使控制效果得到改善。建立具有4个TPFL-VSI并联的MG分层控制模型,验证该策略在提高电力系统频率、电压稳定性和改善有功功率的按容量分配等方面的控制效果。