基于虚拟同步发电机的微电网逆变器

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1、第29卷第3期电工电能新技术Vol.29，No.32010年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJuly2010基于虚拟同步发电机的微电网逆变器苏建徽，汪长亮(教育部光伏系统工程研究中心，合肥工业大学，安徽合肥230009)摘要:本文根据微电网对逆变器性能的要求，借鉴同步发电机的经典数学模型，设计了一种适用于微电网的逆变器控制模型(虚拟同步发电机)。该逆变器具有功率、电压、频率调节的功能，能够根据电网自身以及负荷的变化合理调整输出以满足系统的稳定性要求。在M

2、ATLAB/Simulink环境下搭建了该系统的仿真模型，仿真结果验证了该方法的正确性和合理性。关键词:微电网;逆变器;虚拟同步发电机中图分类号:TM744文献标识码:A文章编号:1003-3076(2010)03-0026-04求逆变器够根据负荷的大小合理分配输出功率。当序言微电网处在孤岛状态时，要求逆变器不仅能够满足能源的日益匮乏，使得基于新能源的分布式发负荷的功率需求，而且必须保证输出电压的幅值、频电系统应运而生，但对于大电网来说，分布式系统是率达到用电标准。因此虚拟同步发电机的控制结构［1，2］一个不可控源。为了解决

3、分布式发电系统与大上主要分为虚拟算法，电压控制，功率频率调节三大电网之间的矛盾，美国电力安全技术解决委员会部分。［3］(CERTS)最先提出“微电网”的概念。微电网是2虚拟同步发电机控制由负荷和微源共同组成的可控系统，能够根据需要在并网与孤岛两种状态之间平滑地切换，保证了供2.1虚拟同步发电机的原理［3-7］电质量和可靠性。虚拟同步发电机是参照同步发电机的二阶经典逆变器作为微电网发展的关键，它必须根据微数学模型，模拟同步发电机阻抗大、惯性大、自同步电网的运行状态和负荷的要求进行合理的控制。本等诸多优点，使逆变电源具有同步发电

4、机的输出特文利用同步发电机的经典二阶数学模型，设计了一性，满足微电网的运行要求。种虚拟的同步发电机算法，使逆变器能够模拟同步假定励磁及机械转矩为恒定，以标幺值表示的［8］发电机的输出特性，满足微电网的运行要求。同步发电机二阶经典模型如(1)式:ìud=E′d+X′qiq－raid1虚拟同步发电机的结构ïïuq=E′q－X′did－raiq为了使微电网能够稳定、高质量地向用户和大ïdωíTj=Tm－Te－D(ω－1)(1)电网供电，作为微电网系统的核心—逆变器，必须具ïdt备调频、调压、调功的功能。本文借鉴同步发电机在ïdδï

5、=ω－1大电网中运行的诸多优点，结合逆变电源自身的快îdt速性的优势，在逆变器控制环节中加入了同步发电式中机的算法，建立虚拟同步发电机的模型，使逆变器具ud:定子端电压的d轴分量;有调频调压调功的功能。uq:q轴定子端电压;考虑到微电网的并网和孤岛两种工作状态，要id:d轴定子电流;收稿日期:2009-09-14基金项目:国家自然科学基金项目(50777015;50837001);国家863项目(2007AA05Z240)作者简介:苏建徽(1963-)，男，福建籍，教授，主要研究方向:光伏发电技术、分布式发电技术;汪长亮(1

6、985-)，男，安徽籍，硕士，主要研究方向:分布式发电技术。第3期苏建徽，等:基于虚拟同步发电机的微电网逆变器27iq:q轴定子电流;量幅角增加δ－π/2，可将dq坐标下的复数变量化E′d:定子d轴瞬变电动势;为xy坐标下的复数变量，即:···E′q:定子q轴瞬变电动势;U=E－(ra+jX′d)I(3)ra:定子各相绕组的电阻;其中U和I是在xy轴坐标下的定子端电压和端电X′q:q轴瞬变电抗;流的复数向量，进一步对模型进行简化之后，不仅大X′d:d轴瞬变电抗;大减轻了计算量，而且可以直接利用xy轴的复数量Tm:机械转矩

7、;进行模型分析。(1)式和(3)式为虚拟同步发电机Te:电磁转矩;的数学模型。D:定常阻尼系数;同步发电机是通过调节输入机械功率稳定输出ω:同步电角速度;频率和功率，通过改变励磁电流来调节输出电压，因Tj:机组惯量时间常数;此在虚拟同步发电机中，必须加入电压、功率、频率δ:q轴与xy坐标系中x轴之间的夹角。的闭环控制，使逆变电源更真实地模拟同步发电机上式中的电压方程和转矩方程分别表示同步发的输出特性。图1为虚拟同步发电机的示意图，主电机中定子的电气特性和转子的机械特性。假定电路为三相逆变电路，ri为线路电阻，Li、Ci(i=

8、1，E′d、E′q为常数，并忽略暂态凸极效应，即令X′d=X′q，2，3)分别是滤波电感和电容，Lj(j=a，b，c)为虚拟［9］则可将(1)式中的电压方程化为dq坐标下的复数同步发电机与大电网的连接电抗。将逆变器输量，即:出电压、电流信号反馈到励磁控制器与Pf控制器u^=ud+uq中，来