摘要
在对全球能源危机与环境保护的深入探索过程中，新能源的开发利用在社会中地位越来越重要，微电网概念的提出和应用实现了电力系统对大量分布式能源的消纳。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generators,VSG)技术有同步发电机类似的外特性和运行特性，填补了微电网内缺少惯性和阻尼的缺点，在微电网中得到广泛的应用。微网逆变器有并网和离网两种运行模式，为避免逆变器在运行模式切换时产生电压震荡和电流冲击，利用无缝切换控制策略实现运行模式间的无缝切换。本文在微网VSG逆变器的基础上，对并离网运行模式的无缝切换技术进行了研究。 首先，本文对微电网和虚拟同步发电机的背景和研究现状进行了阐述，探讨了课题研究意义，介绍了预同步技术，对微网逆变器在并离网模式间的切换技术研究现状进行了介绍。 其次分析了微电网的几种传统控制策略，包括PQ控制、VF控制以及Droop控制。对比VSG与传统同步发电机，详细介绍了VSG控制策略的具体实现方式，建立同步发电机的二阶数学模型，在此基础上建立虚拟同步发电机的算法模型，包括功频控制器和虚拟励磁控制器。搭建光伏发电系统作为直流源，建立Boost变换器将光伏系统输出电压进行升压，设计电导增量算法作为MPPT控制原理保证直流源输出功率在最大功率点。通过对蓄电池储能系统进行分析建模，建立双向DC/DC变换器，根据储能单元的荷电状态以及光伏发电系统的运行状态将VSG的运行状态分为定功率VSG状态和跟踪光伏VSG状态，对不同运行状态下的VSG功率进行仿真分析。对小扰动下VSG的功角特性分析，探讨了虚拟惯性和阻尼系数两个关键参数对VSG输出有功功率和频率的影响。在震荡过程中频率的超调量和调节时间作为判断系统频率稳定性的关键指标，仿真分析了虚拟惯性和阻尼系数在VSG控制中作用。 另外，对VSG逆变器并离网切换过程进行分析，为解决逆变器在模式切换时带来的电压震荡和电流冲击问题，提出一种适应孤岛和并网运行模式间无缝切换的控制策略。利用锁相环技术对电网进行电压采集，设计预同步控制环节，对微网系统频率和幅值进行补偿。利用VSG控制和PQ控制共用电流内环，设置一种数值缓启动器，实现外环参考电流平滑过渡，确保控制策略切换时刻和PCC开关动作时刻的同步性，保证了VSG在两种运行模式之间平滑切换，最终实现VSG在并离网运行模式之间的无缝切换。 最后在软件仿真平台下，验证VSG在并/网模式下的运行稳定，以及在不同运行模式间切换时无缝过渡进行仿真验证。对文中所提出的改进控制策略与传统方法进行对比验证。
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