同步逆变器功率解耦控制策略研究

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1、学校代码10530学号201510171837分类号TM715密级公开硕士学位论文同步逆变器功率解耦控制策略研究学位申请人陈冰指导教师李辉学院名称信息工程学院学科专业电气工程研究方向新型电力电子装置的研究与应用二〇一八年六月六日StudyonthepowerdecouplingcontrolstrategyofsynchronousinverterCandidateChenBingSupervisorLiHuiCollegeCollegeofInformationEngineeringProgr

2、amElectricalEngineeringSpecializationResearchandApplicationofnewpowerelectronicdevicesUniversityXiangtanUniversityDegreeEngineeringMasterDateJun.2018摘要随着传统化石能源的不断枯竭，推动了可再生能源的大力发展。同步逆变器通过模拟同步发电机内部机理和外部特性，可使分布式能源实现友好并网，提高分布式能源接入微电网的可靠性和稳定性。在微电网中，当功角较小时

3、，同步逆变器输出的有功与无功功率近似处于解耦状态，但现实中并不能时刻满足这种情况，当功角较大时，同步逆变器输出的有功与无功功率具有强耦合关系，使得有功和无功功率不能实现单独调节。同时，由于微电网中线路多呈阻性，也会使得同步逆变器输出的有功和无功功率之间存在强耦合，容易产生功率振荡，从而影响同步逆变器在微电网中的实际应用。本文针对微电网中同步逆变器的功率耦合问题，提出同步逆变器输出功率的解耦控制策略。研究的具体工作如下：(1)分析同步逆变器模拟同步发电机的原理和过程，建立同步逆变器输出的有功与无功

4、功率的数学模型，分析同步逆变器的功率耦合产生机理。基于Matlab仿真平台，搭建同步逆变器并网运行的仿真模型，在不同运行情况下，得到同步逆变器有功功率、无功功率、输出电压幅值、频率波形，验证同步逆变器建模的正确性，及同步逆变器输出的有功和无功功率存在耦合。(2)针对功角较大时，同步逆变器输出有功与无功功率存在的耦合问题，对有功和无功功率进行小信号分析，将各自对应的耦合量分离出来；对应P-V、Q-的耦合状态提出基于电流反馈的同步逆变器解耦控制策略，通过增加反馈电流环，来补偿消除功率耦合量所需要的

5、动态电流，以减小同步逆变器的输出功率振荡。通过搭建仿真模型，验证该方法的有效性。(3)分析同步逆变器电流反馈的解耦控制策略，对同步逆变器输出功率建立动态小信号模型，根据有功功率-功角、无功功率-电压幅值的传递函数，比较两个系统的波特图，对原系统和电流反馈解耦控制后的系统进行稳定性分析，可以得知增加电流反馈解耦控制后，能够使得系统更加的稳定。(4)针对同步逆变器接入含分布式电源的微电网，由于线路多呈阻性的特性，采用传统虚拟阻抗法实现解耦，当选取虚拟阻抗较大时，DG的实际输出电压幅值存在较大偏差的问

6、题，提出了一种基于虚拟阻抗的同步逆变器改进解耦控制策略。增加虚拟阻抗环实现功率解耦控制，并考虑到虚拟阻抗较大时，对指令电压额定值需要作相应的调整，建立一种指令电压额定值的调整方法。最后通过搭建仿真模型，验证该方法的优越性和可行性。关键词：同步逆变器；功率耦合；电流反馈；稳定性分析；虚拟阻抗IAbstractWiththecontinuousdepletionoftraditionalfossilenergy,ithaspromotedthevigorousdevelopmentofrenewab

7、leenergy.Bysimulatingtheinternalmechanismandexternalcharacteristicsofthesynchronousgenerator,thesynchronvertercanrealizefriendlygrid-connecteddistributedenergyandimprovethereliabilityandstabilityofdistributedenergyaccesstothemicrogrid.Inthemicrogrid,

8、whenthepowerangleissmall,theactivepowerandreactivepoweroutputfromthesynchronverterareapproximatelydecoupled,butinreality,thissituationcannotbesatisfiedatalltimes.Whenthepowerangleislarge,theactivepowerandreactivepoweroutputfromthesynchronverterhasast