摘要
虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)通过模拟一般同步电机的外特性，获得调节逆变器的虚拟惯性和阻尼能力，能够提高逆变器并网的稳定性，在分布式新能源发电及储能领域拥有广阔的发展空间及广泛的应用场景。但目前并网逆变器常规控制方法下的VSG拥有控制设计复杂、参数整定易受系统拓扑影响的不足。本文针对提高VSG控制性能进行研究，提出了改进的逆变器VSG控制方法，从而改善了VSG控制的动态性能，提升了输出质量。 根据基于中点钳位型三电平并网逆变器的VSG控制原理，建立了电压电流双闭环控制下VSG的数学模型，研究了基于电压电流双闭环PI控制的参数设计及VSG的参数整定方法。在此基础上，分析了传统PI环路的VSG控制方法的不足，提出了基于模型预测(Model Predictive Control，MPC)的VSG控制方法，解决了传统控制方法下参数设计复杂的问题，达到了提升系统动态响应能力的效果。为了进一步提升MPC的控制效果，引入了一种新的两步优化MPC算法，减少采样模块延时对MPC中电流跟踪控制的影响。同时结合VSG算法提出了基于电压向量预筛选的优化矢量选取方法，解决了MPC中由于电压矢量过多带来的重复循环计算的问题，起到了简化算法的效果。 设计并搭建了一台基于LC滤波电路的中点钳位型三电平并网逆变器实验样机，完成了硬件系统器件选择和控制模块设计，编写了相应的控制程序、电路保护程序和故障检测程序，设计并完成了引入MPC的逆变器VSG控制方法的并网实验。实验结果表明，基于MPC的中点钳位型三电平逆变器VSG控制方法可以有效实现对电网电压的静态支撑，使VSG控制拥有良好的动态性能，对新能源融入电网起着积极作用。
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