基于虚拟同步发电机技术的三相逆变器设计及仿真研究

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1、UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于虚拟同步发电机技术的三相逆变器设计及仿真研究学科专业______________电气工程学号201321170115作者姓名______________祁升龙指导教师陈峦、张昌华副教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

2、我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：知I年以月^曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：糸岭^导师签名：於'办-日期：>(了年4月1日分类号密级注1UDC学位论文基于虚拟同步发电机技术的三相逆变器设计及仿真研究（题名和副题名）祁升

3、龙（作者姓名）指导教师陈峦、张昌华副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电气工程提交论文日期2015.03.20论文答辩日期2015.05.20学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月27日答辩委员会主席侯晓荣评阅人黄琦，吴云峰注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNANDSIMULATIONOFTHREEPHASEINVERTERBASEDONTHETECHNIQUEOFVIRTUALSYNCHRONOUSGENERATORAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElect

4、ronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicEngineeringAuthor:QiShenglongAdvisor:AssociateProf.ChenLuan&ZhangChanghuaSchool:SchoolofEnergyScienceandEngineering摘要摘要分布式发电比重增大是现代电力系统的重要特征之一，逆变器作为连接分布式发电与大电网的重要电力电子接口，它的控制方式多种多样。借助电力系统的现有理论知识，使逆变器能够模拟同步发电机特性，从而将发电侧所有发电单元统一为同步发电机模型、简化电力系统的

5、控制以及增加电力系统中总的转动惯量，是逆变器设计的主流思想之一，并将此种逆变器称为虚拟同步发电机。本文设计了一种虚拟同步发电机控制器，它与真实同步发电机模型高度近似，具有虚拟调速器、虚拟励磁控制器、转子运动方程和电磁暂态方程等。经仿真验证，本文设计的虚拟同步发电机与同参数的同步发电机特性趋于一致。本文第一章讨论了现代电力系统的发展方向以及微电网和分布式发电的发展现状；介绍了逆变器的典型结构以及恒流控制、恒压频控制、恒功率控制、下垂控制四种传统的控制方法；列举了国外电流型和电压型两大类虚拟同步发电机控制器的设计思路及各自优劣；提出了本文的主要研究内容及思路。第二章分析了发

6、电机的数学模型和一些重要方程，继而模仿同步发电机的控制方式和数学模型，在逆变器的控制器设计中构造了对应的虚拟调速器、虚拟励磁器等虚拟控制单元，使逆变器与同步发电机的控制模型趋于高度一致；在机端电压控制中，添加了双PI环节，使得逆变器与同参数的同步发电机特性趋于高度相似；阐述了虚拟同步发电机控制器设计中转动惯量、电磁转矩等关键参数的计算和选择方法；列举了逆变器工作过程中的两个重要环节：锁相和孤岛检测的原理及实现。第三章主要分四个部分讲述了逆变器样机的设计。第一部分包括输出侧交流滤波器设计、直流支撑单元设计、驱动及缓冲电路设计等，均包含大功率信号通路。第二部分为12V以下的

7、弱电信号部分，包括核心板、底板、转接板、采样板等的工作原理及设计思路。第三部分讲述了虚拟同步发电机控制策略的软件实现。第四部分介绍了该样机中显示和通信两个人机交互端口的设计。本文第四章通过仿真对文中设计的虚拟同步发电机的离网稳态特性、离网动态特性做了论述；分析了加入PI环节的并网动态特性、不加入PI环节的并网动态特性，证明了PI环节对虚拟同步发电机与同步发电机一致性的重要性。本章末尾展示了第三章设计的样机实物。关键词：分布式发电，虚拟同步发电机，励磁器，调速器，样机设计IABSTRACTABSTRACTTheincreasingpropo