直流微网中基于VSG的双向AC/DC变换器控制策略研究

作     者：王琪湄 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖蕙蕙;张世成

授予年度：2024年

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

主      题：双向AC/DC变换器 虚拟同步发电机 参数自适应 有限集模型预测 二次调频 

摘      要：随着可再生能源的广泛应用,直流微网中分布式电源的渗透率逐步提高。由于传统电力电子设备缺乏同步发电机所具备的机械式储能装置,无法为直流微网提供所需的惯性和阻尼支撑,因此引入虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术,提高直流微网的稳定性和运行性能。双向AC/DC变换器作为连接分布式电源和大电网的关键环节,其控制策略直接影响着新能源的并网规模和电网的稳定性。本研究旨在探讨双向AC/DC变换器的VSG控制策略在直流微网中的应用及其优化。 首先,确立双向AC/DC变换器的拓扑结构,介绍其工作原理,并对当前相关的变换器控制方法的发展现状进行综述。随后以同步发电机电气和机械部分的模型为基础,深入探讨了虚拟同步发电机的运行原理及其有功-频率控制、无功-电压控制和电压电流双闭环控制环节的实现。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了VSG控制在直流微网中的有效性。 其次,针对直流微网中VSG控制进行并/离网模式切换所引起的电流冲击问题,引入预同步控制,使其能够实现在两种模式之间进行平滑切换;针对VSG运行中常见的功率突变现象,对其衰减振荡过程进行了详细分析,并研究了一种惯量和阻尼自适应控制策略,有效地抑制系统变量的过度调节,系统的动态响应能力得以提升;针对基于传统VSG控制的系统输出电流精度较差的现象,本研究将VSG控制中的电流内环控制用有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)取代,提高系统的控制精度。通过仿真验证各改进VSG控制策略的有效性。 最后,鉴于VSG控制仅能进行一次调频的局限性,本研究针对直流微网运行在离网模式时缺乏大电网提供的频率和电压支撑的问题,对VSG的有功-频率控制环节进行改进,引入线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)以实现频率的二次调节,使系统能够更有效地应对负载投切和离/并网切换等突发情况,提高系统的稳定性和可靠性。在仿真软件中搭建仿真模型验证该方法的优越性。