关键词:
新能源发电
虚拟同步发电机
小信号分析
前馈解耦
预同步
功率分配
摘要:
新能源发电在电力系统中的应用愈发广泛,随着其发电比例不断提高,妥善解决大规模新能源并网问题日趋重要。逆变器是连接分布式电源与配电网的枢纽,而采用传统逆变器控制运行的变流器由于不具有同步发电机的惯性和阻尼特性,无法为系统提供惯性和阻尼支撑,在分布式发电不断渗透的背景下难以维持系统的稳定。基于此诞生了虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的概念,它将同步发电机的惯性和阻尼特性植入逆变器控制,使得VSG控制下的逆变器具有一定同步发电机的特性。但目前分布式发电中VSG的运行仍存在一些问题,一是低压电网存在阻抗耦合,导致VSG的有功和无功无法根据相角和幅值实现独立控制,使得逆变器输出功率存在耦合,无功功率无法跟随给定值,无功与给定值的误差随有功的变化而变化。其次是VSG由离网向并网转换时,开关两侧电压不匹配会导致冲击电流增大。另外当多VSG并联运行时,各逆变器线路阻抗呈阻感性且大小不同,无功功率无法按容量精确分配。本文针对上述问题做了以下研究:以单机VSG为研究对象,在考虑电网阻抗的条件下,建立了系统的小信号模型,分析了VSG有功环和无功环的控制原理及系统的稳定性。针对VSG单机并网时的有功无功耦合问题,建立线路阻抗阻感性条件下的功率耦合模型,引入相对增益法来判断有功与无功的耦合程度,分析了常用解耦方法的解耦机制,并提出采用前馈解耦法来消除有功无功之间的耦合,实现稳态时功率的解耦。仿真和实验结果表明采用前馈解耦的方法可以有效实现有功与无功的解耦,使无功功率总能跟随给定值而不受有功变化的影响,采用虚拟功率的预同步方法可以实现平滑并离网切换。针对多VSG并联运行时引发的环流和功率分配问题,建立了并联逆变器的等效输出模型,对影响有功无功分配的因素进行了分析。针对由于线路阻抗压降的不同导致的无功分配不均,提出一种新型自适应虚拟阻抗的控制策略,该控制策略根据无功分配的误差实时调整虚拟阻抗取值,针对负载电压跌落较大的问题,在无功环中引入负载电压反馈,降低负载电压跌落。仿真结果和实验表明改进的VSG控制能够在各类工况下实现有功和无功的按容量精确分配和环流的抑制,并降低负载电压跌落。