基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制策略研究

微电网作为整合各种分布式电源的有效途径,已经成为了分布式发电领域的研究重点和热点。然而,以电力电子逆变器为接口的微源响应速度快,外特性较硬,导致系统容易产生振荡,稳定性不高。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制技术作为一种模拟同步发电机特性的方法,可为微电网系统带来如同步发电机固有的旋转惯性特性,对解决微网系统惯性缺失的问题,提高微网系统的稳定性具有重要意义。本文在归纳总结了目前微网逆变器的控制策略的基础上,围绕微源逆变器VSG控制问题。首先详细分析了微源逆变器电压控制的结构,给出了逆变器SVPWM电压控制的基本原理,设计了电压电流双环解耦控制器和滤波器。其次,在分析同步发电机控制结构的基础上,给出了虚拟同步发电机控制系统结构;通过对同步发电机调速器单元调频原理的分析,设计了VSG控制的功频控制器;通过对励磁控制系统调压原理的分析,设计了VSG控制的励磁控制器。最后,针对VSG暂态响应过程中频率调节问题,深入地分析了虚拟惯量与虚拟转子角频率变化率之间的关系,利用虚拟同步发电机虚拟惯量灵活可变的特点,提出了一种自适应虚拟惯量的虚拟同步发电机控制策略,实现虚拟惯量随转子角频率变化率不同而自适应调整,还分析了自适应参数在不同转子角频率下对虚拟惯量的影响,并且重新设计了虚拟同步发电机的功频控制器。在MATLAB/Simulink中搭建了VSG控制策略的仿真模型和自适应虚拟惯量控制策略的仿真模型,通过VSG控制策略与传统下垂控制策略仿真结果的比较,表明了所设计的VSG不仅模拟了同步发电机的下垂外特性,还模拟了同步发电机的旋转惯性特性。通过自适应虚拟惯量的VSG控制与传统固定惯量的VSG控制进行比较,仿真结果验证了所提自适应虚拟惯量的VSG控制策略实现了虚拟惯量实时根据转子角频率变化率变化而调整,解决了VSG暂态响应过程中频率恢复过慢的问题。