下载文档原格式
不平衡电网下基于虚拟同步发电机的逆变器控制研究一、内容综述在现代社会，电力系统的不平衡问题日益严重，这不仅影响了电力的质量和稳定性，还对电网的安全运行构成了巨大挑战。
为了解决这一问题，研究人员们提出了许多解决方案，其中之一就是基于虚拟同步发电机的逆变器控制技术。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，以期为实际应用提供理论依据和技术指导。
虚拟同步发电机(VSG)是一种新型的发电设备，其主要特点是能够实现与电网的无缝对接，从而有效地解决电力系统的不平衡问题。
VSG逆变器控制技术则是通过对VSG的控制，实现对电网的调节和优化。
近年来随着电力系统技术的不断发展，VSG逆变器控制技术也取得了显著的进展，为解决电力系统不平衡问题提供了有力支持。
然而目前的研究仍存在一些问题和挑战，首先VSG逆变器控制技术在实际应用中面临着诸多技术难题，如控制策略的设计、性能评估和优化等。
其次由于电力系统的不平衡问题具有复杂性和不确定性，因此如何设计一种鲁棒性强、适应性好的控制算法成为了一个亟待解决的问题。
现有的研究大多集中在实验室环境，对于实际电网环境下的控制技术研究还相对较少。
A. 研究背景和意义在现代社会，电力作为我们生活中不可或缺的能源，其供应的稳定性和可靠性至关重要。
然而由于各种因素的影响，如天气变化、工业生产波动等，电网的负荷经常会出现不平衡现象。
这种不平衡可能会导致电压波动过大，甚至引发电力系统的崩溃，从而影响到整个社会的正常运行。
因此如何解决电网的不平衡问题，提高电力系统的稳定性和可靠性，已经成为了电力科学家和工程师们亟待解决的问题。
虚拟同步发电机(VSG)作为一种新型的电力生成设备，具有响应速度快、调节性能好的特点，被广泛应用于电力系统的研究和开发中。
然而如何利用VSG进行电网的逆变器控制，以实现电网的不平衡补偿，提高电力系统的稳定性和可靠性，仍然是一个具有挑战性的问题。
B. 国内外研究现状近年来随着电力系统的不断发展，不平衡电网问题日益严重。
三相电压型PWM整流器直接功率控制研究的开题报告一、研究背景及意义：电力电子技术越来越普及。
PWM整流器直接功率控制技术是现代交流传动系统中的核心技术，能够实现三相交流电动机调速、能量回馈、电能质量提高等功能，广泛应用于工业、交通运输、空调等相关领域中。
然而，当前PWM整流器直接功率控制技术还存在一些问题，如动态响应速度不足、控制精度不高、失效保护等，需要进一步深入探究相关理论和技术，提高其性能和可靠性，使其能够更好地满足实际应用需求。
二、研究目标：本研究的目标是实现三相电压型PWM整流器直接功率控制技术的有效控制，并解决当前存在的问题，达到以下目标：1.研究三相电流型PWM整流技术，深入探究相关的理论和差分运算器的设计原理等；2.设计和实现三相电压型PWM整流器直接功率控制电路；3.设计合适的控制算法，提高控制精度和动态响应速度；4.实现PWM整流器直接功率控制系统的失效保护功能，提高系统可靠性和稳定性。
三、研究方案：1.研究三相电流型PWM整流技术，深入了解相关理论；2.设计和实现三相电压型PWM整流器直接功率控制电路；3.采用PID控制算法，提高系统控制精度和动态响应速度；4.实现PWM整流器直接功率控制系统的失效保护功能，提高系统可靠性和稳定性。
四、研究步骤：1.学习三相电流型PWM整流技术的理论知识，了解相关控制原理和设计方法；2.设计电路原理图，制作PCB板；3.测试并调试电路，进行控制算法的实验研究和参数调优；4.对系统进行安全可靠性测试和失效保护功能试验。
五、预期成果：本课题将设计和实现一套完整的三相电压型PWM整流器直接功率控制系统，能够实现精确控制和失效保护功能，达到预期的研究目标。
此外，还将提出改进方案和措施，为相关领域的应用提供技术支持和参考。
电网不平衡条件下PWM整流控制策略的研究
PWM整流器不平衡电网功率因数动态性能
1引言
三相PWM整流器控制策略的研究过程中，通常都是假设三相电网是平衡的，但事实上，三相电网常处于不平衡状态，即三相电网电压的幅值、相位不对称。
电网一旦出现不平衡，以三相电网平衡为约束条件设计的PWM整流器就会出现不正常的运行状态，这种状态主要表现在:
(1)PWM整流器直流侧电压和网侧电流的低次谐波幅值增大，且产生非特征谐波，并加大损耗；
(2)PWM整流器网侧电流也不平衡，严重时会损伤或损坏PWM整流器。
通过理论分析知道:电网负序分量是导致网侧电流畸变的原因，为此本文采用了一个对正、负序电流分别独立控制的方案，两套同步旋转坐标系在自己的旋转坐标系中，将正续、负序基波分量均转换成直流分量，从而通过PI调节器即可实现无静差控制，从理论上较完善的改进了不平衡电网的PWM整流器的控制系统[1]。
2不平衡条件下PWM控制器的原理
进行正、负序双电流控制，需要对原来平衡条件下的PWM整流器数学模型进行修改，建立不平衡条件下的系统模型，通过对系统模型和功率守恒理论的分析得出双电流控制策略。
2.1 电网电压不平衡条件下三相PWM整流器的数学模型[2、3]
对于三相无中线连接的三相PWM整流器，一般不考虑零序电压的影响，此时PWM整流器的数学模型为：
式中，、为正序、负序基波电压的峰值；αP、αN为正序、负序基波电压的初始相角。
通过坐标变换，将三相不平衡电压转换到的同步旋转坐标系下，可以得到两个旋转的空间矢量，一个是以角速度ω沿逆时针方向旋转的空间矢量，另一个是以角速度ω沿顺时针方向旋转空间矢量，二者大小相等旋转方向相反。
当电网电压平衡时，经过坐标变换得到的电压d、q分量是恒定值，不随时间变化，此时非常便于控制。
但是当电网电压不平衡时，经过坐标变换得到的d、q分量整体上是直流量，但是含有明显的谐波，也正是由于这些谐波的影响才使得平衡时的控制策略不能很好的应用。
而在不平衡条件下的双电流控制策略就是通过一定的补偿措施，消除旋转矢量中的负序分量，从而达到线性控制的目的。
2.2 基于正、负序旋转坐标系下双电流控制策略的工作原理
在电网电压不平衡的条件下，忽略各种损耗，输入输出功率守恒，如果网侧瞬时有功功率含有2次脉动分量，则输出直流电压就含有2次脉动分量，输出地直流电压就有很大波动，为了抑制直流电压2次脉动，必须控制瞬时有功功率的2次脉动分量为0；另外，为了使整流器平均单位功率因数运行，必须控制网侧瞬时无功功率的直流分量，使其为0，这样就使得输入功率的无功功率大大减小，从而有效的提高了系统的效率。
由上述描述得到抑制三相PWM整流器直流电压波动控制时的电流控制指令[6]:
式中：
分别为三相电网电压的正、负序d、q分量。
要想获得控制电流的还必须对不平衡电网的电压进行转化和分离，对此有很多方法，本文采用的是动态响应最快的一种方法，其主要思想是通过将电网电压矢量延迟1/4个周期[4]来实现正负序电压的分离。
为了是实际电流能跟踪给定信号，本文采用了PI调节器，从而实现了无净差调节。
由于正负序电流环之间存在耦合，必须消除，否则系统就不能进行线性控制，于是本文采用了的是前馈解耦算法进行解耦。
通过分析可以知道，当电网电压不平衡时，为了抑制三相PWM整流器直流电压的2次谐波，必须使三相PWM整流器交流电流存在一定量的负序分量。
这样，当三相PWM整流器直流电压2次谐波得以抑制时，不仅瞬时无功功率仍存在2次谐波分量，而且三相PWM整流器交流侧还会有负序电流。
也就是说，通过增加交流电流的负序电流来达到抑制直流电压2次谐波的目的。
图1是系统的结构框图[5]。
图1 系统结构框图
在正、负序双电流内环控制结构中，由于采用了PI调节器可以实现无净差控制，即，这样理论上即可抑制因电网电压不平衡所导致的三相PWM整流器直流电压2次谐波[6]，从而实现稳定母线电压的效果。
3系统仿真实验验证
为了验证正、负序双电流内环控制对不平衡电网电压的控制效果，并且对比在不平衡条件下采用平衡控制策略时的波形，本文在Simplorer7.0的环境下搭建了系统的仿真模型(见图2)，附表为仿真参数。
图2 系统仿真图
在电网不平衡的条件下，采用不平衡控制策略即双电流控制策略时母线电压（见图3），开始时母线电压有一个超调，但是由于PI的作用系统电压很快跟踪到给定电压，并且稳定下来。
图3 母线电压
在不平衡条件下采用双电流控制策略时A相输入功率电流超前14.4°（见图4）。
输入功率为：
图4 A相输入功率放大图
在不平衡条件下采用双电流控制策略时B相输入电流超前电压12.06°（见图5），输入率为：
图5 B相输入功率放大图
在不平衡条件下采用双电流控制策略时C相输入电流滞后电压14.7°（见图6）。
图6 C相输入功率放大图
在相同三相不平衡电压条件下，采用平衡的控制策略时，母线电压超调较大，并且稳态误差较大（见图7）。
图7 母线电压
在相同不平衡条件下采用平衡控制策略时A相输入电流超前电压75.24°（见图8），输入功率为：
图8 A相输入功率
在相同不平衡条件下采用平衡的控制策略时B相输入电流滞后电压77.2°（见图9），输入功率为：
图9 B相输入功率
在相同不平衡条件下采用平衡的控制策略时C相输入电流滞后电压71.1°（见图10）, 输入功率为：
图10 C相输入功率
经计算知:
在不平衡电网条件下采用双电流控制时系统的输入效率：。
在不平衡电网条件下采用平衡控制策略时系统输入效率：。
4结束语
传统的不控整流控制策略由于其模型是建立在平衡电网的条件下的，当电网电压发生不平衡时，再使用其模型就会出现原理性缺陷，使得系统效率降低，会浪费大量的能量，严重时可能烧毁器件，造成损害，不能满足节能和安全的要求。
本文所讨论的在不平衡电网条件下，正、负序双电流控制该控制策略，其模型本身就是不平衡电网，所以当电网发生不平衡时，不会存在原理性缺陷，在此原理上建立的正负序双电流控制，可以有效的调高系统效率，具体来说会使得每一个单相输入产生滞后的无功功率或是超前的无功功率，使得三相总的平均无功功率为零，从而出现滞后无功功率和超前无功功率相互抵消的现象，有效地提高系统的输入功率，进而提高系统的整体效率。
与不平衡条件下采用平衡控制策略相比，采用正、负序双电流控制策略可以有效地降低系统超调，并且使得母线电压更加平稳。
所以在不平衡条件下采用双电流控制策略进行控制具一定的理论和实践意义。
张林杨贵杰更多请访问：中国自动化网()。
