分布式VSC动态虚拟阻抗优化并联策略研究

论文摘要

多逆变器并联技术是分布式发电系统（DGS）的关键技术之一,很多分布式能源（DER）将通过逆变装置并接到交流母线上,为负载提供电能。在各种逆变器并联控制方式中,电压源逆变（VSC）并联方式不仅负责功率输出,同时能够维持母线侧电压幅值、频率的稳定,并具有一定冗余性。因此本文基于无互联通信线下垂算法,提出新的优化控制策略,可实现自动均流、对等控制、满足逆变器在并网及孤岛模式下平滑切换的功能。从以下方面体现工作成果:首先,对传统下垂算法中有功-频率,无功-幅值控制关系提出改进,按有功-幅值,无功-频率关系解耦,更能满足低压系统中分布式发电的线路阻抗要求。根据双闭环控制器系统模型,从瞬时性与精度两个方面研究对比电流采样点选择不同位置时,控制器跟踪给定电压的能力。为了进一步满足解耦控制关系,引入虚拟阻抗的调节方法,将输出电压以虚拟电压源及输出电流表达式表示,改变输出线路阻抗对象特性,并结合前馈算法对虚拟压降进行补偿。其次,本文重点针对虚拟阻抗及下垂算法提出改进方案,在静态虚拟阻抗参数的优化基础上,提出新型动态虚拟阻抗技术,通过检测下垂电压及电流,在线调节虚拟阻抗反馈系数,达到限制负载压降在合理范围内变化的同时,实现环路电流最小化控制的目的。在下垂线设计环节中,加入积分项使下垂曲线跟随输出电压幅值、频率的下垂量变化,起到稳态恢复作用,提高电压精度。为频率下垂曲线设计微分项,在保证系统稳定的前提下改善其动态性能。MATLAB/SIMULINK平台上构建两台逆变器并联实验样机,模拟低压输电线参数环境下多逆变器的离网并联运行,仿真验证算法理论合理性,并与传统双闭环算法进行比较体现优化算法的均流能力。最后,采用Ⅱ公司型号TMS320F28335的DSP作为主控芯片,完成软件设计及硬件系统搭建,对关键部分流程作出说明,在两台单机容量1kVA的逆变器平台上实现下垂优化算法,最终对各模块实验波形,单机输出特性,双机并联性能进行考察。实验结果及分析表明算法的正确性与有效性,本课题研究内容对分布式电源并联发电的进一步研究和应用具有理论和实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 VSC 并联技术相关理论研究及发展概况
• 1.3 主要研究内容及章节安排
• 第2章 VSC 逆变器建模及无通信线并联策略分析
• 2.1 低压线路中的下垂算法实现
• 2.1.1 逆变器无线并联原理
• 2.1.2 低压配电线阻抗影响分析
• 2.2 逆变器建模及采样方案的确定
• 2.2.1 单元逆变器建模
• 2.2.2 采样信号选择对系统模型阻抗特性的影响
• 2.3 虚拟阻抗控制策略
• 2.4 前馈电压补偿方法及参数计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 新型动态虚拟阻抗下垂优化算法及仿真验证
• 3.1 在线调节的虚拟阻抗算法
• 3.1.1 基于环流的静态虚拟阻抗优化设计
• 3.1.2 动态虚拟阻抗调节原理
• 3.1.3 在线调节虚拟阻抗参数对环流效果影响
• 3.2 下垂曲线优化策略
• 3.2.1 瞬时性优化与稳态电压恢复策略
• 3.2.2 下垂控制参数设计
• 3.3 MATLAB/SIMULINK 逆变器并联系统建模仿真
• 3.3.1 并联系统模型
• 3.3.2 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 硬件系统搭建及算法数字实现
• 4.1 硬件系统设计
• 4.1.1 逆变器主电路并联结构
• 4.1.2 直流母线电容计算
• 4.1.3 LC 滤波器参数计算
• 4.1.4 电压电流采样、锁相及调理电路
• 4.1.5 IGBT 驱动设计
• 4.2 数字设计
• 4.2.1 DSP 芯片选择及系统总流程
• 4.2.2 预并联模块
• 4.2.3 SPWM 脉冲输出
• 4.2.4 AD 采样与校正
• 4.2.5 有功、无功功率计算
• 4.2.6 IIR 滤波器设计
• 4.2.7 动态虚拟阻抗双环调节子程序
• 4.2.8 系统保护程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 单机实验
• 5.1.1 各模块实验调试波形
• 5.1.2 逆变器输出特性测试
• 5.2 并联实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢