关键词：
灵活虚拟惯量控制
多约束条件
小信号模型
稳定性分析
协同运行
摘要：
由于基于电力电子接口的分布式电源缺乏旋转惯性,相比于传统同步发电机,具有波动性和不确定性,抗干扰能力差,造成系统的稳定性降低,虚拟同步发电机(VSG)技术成为解决这一问题的重要手段。然而,实际工程中影响系统稳定运行的多种因素均会成为虚拟惯量调节的约束条件,进而影响系统运行性能和电能质量,此外,多组VSG单元并列运行在实际工程中被广泛采用,需通过调节虚拟惯量实现各VSG单元之间的协同运行,因此,本文针对多约束虚拟惯量的灵活调节方法及多光储VSG系统之间的协同运行控制进行了研究,主要工作内容如下:(1)本文首先介绍了含分布式电源的典型虚拟同步发电机系统的拓扑结构以及传统VSG技术的控制原理;并介绍了一种可解决传统VSG控制灵活可控性较差这一缺点的灵活虚拟同步发电机(FVSG)控制方法,此方法能够提高系统频率稳定性。但该方法中约束条件单一,仅考虑了频率变化,因此,本文提出了一种多约束灵活虚拟惯量(M-FVI)控制策略,可兼顾储能单元荷电状态(SOC)、频率变化率、换流器容量及系统单位时间功率可调量多个约束条件对系统稳定性的影响。此策略基于指数函数和反正切函数自适应调节虚拟惯量,可削弱以上因素对系统的影响,改善设备运行性能,优化频率动态响应,并提高系统的电能质量。最后搭建了控制级硬件在环实验平台验证了所提M-FVI控制策略的有效性。(2)由于所提M-FVI控制策略中的控制参数直接影响系统虚拟惯量水平,进而影响系统稳定性,因此本文建立了含光储VSG单元的四端微网小信号模型,并结合根轨迹分析、稳定运行边界、层次分析法及三维曲面图分析揭示主要控制参数的变化对系统稳定性的影响规律,探究参数设计应遵守的原则,优化虚拟惯量的控制效果,为所提控制策略的参数设计提供理论依据。(3)针对实际工程应用中多VSG系统中虚拟惯量协调的问题,本文基于三VSG并联系统提出一种多光储VSG系统协同运行控制策略。采用TOPSIS法对各VSG单元的虚拟惯量调节能力进行评价,根据评价结果和虚拟惯量分配原则调整各VSG单元所提供的惯量水平,实现“分散自治,集中协调”的控制效果,可避免过流停机,减少对设备的损害,优化系统运行性能,对工程应用具有一定的参考价值。利用Matlab/Simulink搭建多光储VSG系统仿真平台,验证了所提协同控制策略的有效性。
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