【《虚拟同步电机VSG功率分配参数匹配设计案例》1500字】

虚拟同步电机VSG功率分配参数匹配设计案例功率传输特性分析逆变器输出功率的传输特性是研究功率分配策略的基础，因此先对逆变器的功率传输特性进行分析。单台逆变器的等效电路结构如图4-1所示。逆变器等效为一受控电压源，通过线路阻抗与系统公共交流母线相连。为VSG励磁电动势，为输出电流，为交流母线电压，和分别为励磁电动势相角、逆变器输出电压相角，为逆变器输出电压，系统等效输出阻抗为逆变器等效输出阻抗和线路阻抗之和。图4-1逆变器输出功率等效电路图系统输出电流为： (4-1)系统输出的有功功率为： (4-2)由式(4-2)得： (4-3)在电力系统中，电压等级不同对应的线路阻抗的电气特性也不同。在中高压等级线路中，线路感性往往高于阻性，线路阻抗特性整体表现为感性，低压等级线路中，线路阻性通常高于感性，系统的线路阻抗特性几乎呈现为阻感性甚至阻性。由式(4-3)分析可知，线路阻抗的阻性分量和感性分量使得输出有功功率和无功功率存在着耦合关系，使得下垂控制精度降低。当线路阻抗分别呈阻感性、感性、阻性时，VSG输出功率表达式和下垂控制方程如表4-1所示ADDINNE.Ref.{ED7BE1E7-2BB5-4EF4-B8EE-278C416F2FBA}[54]。表4-1输出功率表达式及下垂控制表达式功率表达式下垂控制方程VSG功率分配参数匹配设计逆变器并联运行可以自由扩容，灵活改变微网的容量，可满足不同用户对电力的特定需求，且弥补了单台逆变器容易发生单点故障的劣势，当某台逆变器发生故障时，其它逆变器可分担负荷继续运行，提升了微网供电的可靠性。在实际工况中，由于发电设备装置的容量不同，所需要逆变器的容量也就各不相同。下面针对VSG不同容量并联运行时，研究VSG输出功率可实现均匀分配的参数匹配条件。根据表4-1可得，当VSG等效输出阻抗呈感性，流入微网交流母线的瞬时有功功率和瞬时无功功率表达式为： (4-4)由于逆变器输出电压与交流母线电压间的相位差很小，因此，，功率表达式简化为： (4-5)当多个VSG逆变器并联运行于微电网时，一台VSG逆变器的输出有功功率和无功功率表达式为： (4-6)根据式(3-5)，当VSG系统稳定运行于额定角频率时，系统不存在频率差值，此时逆变器的机械功率等于电磁功率，那么： (4-7)根据式(3-4)和式(3-6)，可得一台VSG控制系统中的调速器和励磁控制表达式为： (4-8)式(4-8)表示在第台VSG逆变器中，为输出有功功率参考值，为输出角频率参考值，为实际输出角频率，为有功下垂控制系数，为励磁电动势给定值，为额定无功功率，为无功下垂控制系数。考虑两台VSG逆变器的并联运行来研究逆变器输出功率的分配策略。先分析VSG逆变器的有功功率的分配。假设两台VSG逆变器的额定容量比为，则满足式： (4-9)两台VSG逆变器的给定有功功率满足式： (4-10)根据式(4-8)，为使输出有功功率按照容量比进行分配，那么下式就该成立： (4-11)当并联系统在额定频率下工作时，由于频率为全局变量，因此两台逆变器的输出频率相等，如果上式想要式成立，需满足式： (4-12)假设两台VSG逆变器输出其有功功率变化量分别为和。由式(3-7)知一台VSG逆变器励磁控制器传递函数为： (4-13)式中，为输出角频率的变化量，为输出有功功率变化量，为转动惯量，为阻尼系数。由式(4-13)得： (4-14)当并联系统稳定运行于额定角频率时，各个逆变器输出角频率变化量相等，上式可整理为： (4-15)想要满足式(4-15)，需满足： (4-16)由式(4-16)可得，当有功下垂控制系数、转动惯量及阻尼系数分别与逆变器额定容量成正比时，两台VSG并联系统可实现有功功率均匀分配。接下来分析输出无功功率的分配策略，由式(4-9)可知，两台VSG的额定无功功率也满足： (4-17)如果不考虑线路阻抗压降，那么并联运行时逆变器的输出电压相等，即： (4-18)为实现功率分配，使得下式成立： (4-19)将式(4-19)带入式(4-18)得： (4-20)逆变器等效输出阻抗相对于线路阻抗值很小，故忽略不计。考虑线路线路阻抗压降时，逆变器输出电压表达式为： (4-21)第台VSG逆变器线路阻抗的压降为： (4-22)当传输线路阻抗呈感性时，若要，只需使得线路阻抗与逆变器容量成反比关系，可表示为： (4-23)若系统参数满足上式，可实现