三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究

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1、中图分类号：TM464论文编号：102870315-S082学科分类号：080804硕士学位论文三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究研究生姓名吴恒学科、专业电力电子与电力传动研究方向功率电子变换技术指导教师阮新波教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringControlStrategyforThree-Phase-Four-WireVir

2、tualSynchronousGeneratorAThesisinPowerElectronicsbyWuHengAdvisedbyProf.RuanXinboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士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。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，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天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适用本承诺书）作者签名：日期：III三相四线制虚拟同步发电机控制技术的研究摘要并网逆变器是可再生能源发电系统(RenewableEnergyGenerationSystem，REGS)与电网之间的能量变换接口，虚拟同步发电机(VirtualSynchronousGenerator,VSG)是将并网逆变器虚拟

4、成同步发电机，根据电网电压频率和幅值的变化自动地调节其输出的有功功率和无功功率，为电网提供必要的支撑。本文针对三相四线制VSG，研究VSG功率环的建模与参数设计、独立中线模块的控制方法以及VSG的预同步控制策略。本文首先介绍VSG的基本原理，推导其工频小信号模型，并证明了在一定条件下，VSG有功环和无功环之间的耦合很弱，因此其闭环参数可以分别独立设计。基于所建立的模型，本文提出一种VSG功率环控制参数的设计方法，该方法能够快速准确地计算出相应的控制参数，并兼顾系统的稳定性、动态性能与对功率脉动的抑制能力。VSG独立运行时需要带不平

5、衡负载，为此可以加入独立中线模块为不平衡负载提供零序电流通路。本文从阻抗的角度阐明了独立中线模块的控制要求，指出为了降低中点电压的波动，必须尽量减小电感支路在基波处的闭环输出阻抗，使其远小于电容支路在基波处的阻抗。为此，本文提出一种基于系统相位裕度和电感支路基波阻抗要求的控制参数设计方法，利用该方法能够快速准确地计算出独立中线模块的控制参数，减少了反复试凑的过程。为了减小VSG并网瞬间的冲击电流，本文给出一种VSG的预同步控制策略，通过在VSG原有控制结构的基础上加入频率调节器、电压调节器和相位调节器，可以控制并网前VSG输出电压

6、的频率、幅值和相位与电网电压相同，从而能够实现VSG的平滑并网。在实验室完成了一台10kW的三相四线制VSG原理样机，对本文的理论分析和参数设计进行了实验验证。实验结果验证了本文理论分析的正确性与参数设计方法的有效性。关键词：虚拟同步发电机，并网逆变器，小信号模型，独立中线模块，预同步方法IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTGrid-connectedinverteristheinterfacebetweentherenewableenergygenerationsystem(REGS)andthepowergrid.

7、Operatingthegrid-connectedinvertertomimicasynchronousgeneratorwillmakethegrid-connectedinverterhastheabilitytoprovidgridsupportbyautomaticallychangingitsactiveandreactivepowerbasedonthefrequencyandamplitudeofgridvoltage.Thus,thegrid-connectedinverteriscalledvirtualsyn

8、chronousgenerators(VSGs).ThisthesisfocusesonthemodelingandparameterdesignofthepowerloopoftheVSG,thecontrolstrategyoftheindep