【虚拟同步发电机VSG仿真模型的建立分析2000字】

虚拟同步发电机VSG仿真模型的建立分析目录TOC\o"1-3"\h\u352虚拟同步发电机VSG仿真模型的建立分析 135331.1实验原理及分析 144891.1.1SVPWM的工作原理 1283511.1.2三相逆变器建模 4131991.1.3虚拟同步发电机工作原理 5201491.2VSG模型 69431.2.1有功-频率控制模块 6184161.2.2无功-电压控制模块 7118561.2.3虚拟惯量模拟模块 830021.3仿真实现的基本条件 810351.4仿真实现的步骤 9253061.5仿真结果与分析 13实验原理及分析SVPWM的工作原理SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。图3-1逆变电路直流侧电压为，逆变器输出的三相相电压分别为，三个电压分别在空间矢量上相差120°，假设三个电压空间矢量，方向延各相的轴线，大小遵循正弦规律变化，时间相位相差120°。可列方程： （3-1）又，合成空间矢量可表示为： （3-2）是幅值为1.5倍的一个逆时针方向旋转的空间矢量，并且旋转速度为角频率。三相上下桥臂6个开关管之间有不同开关组合，逆变器所输出的空间电压矢量，定义开关函数分别为为： （3-3）SX的全部组合共有8个，包括6个非零矢量、、、、、、和2个零矢量、，下面以其中一种开关组合为例分析，假设，此时图3-2矢量U （3-4）求解可得：、、。同理其他各种组合下的空间电压矢量也可以计算，列表如下表3-1开关状态与相电压和线电压的对应关系矢量符号线电压相电压下图为8个基本电压空间矢量的大小和位置。图3-3电压空间矢量图 （3-5）也可以等效为： （3-6）其中为采样周期；为期望电压矢量；分别对应电压矢量和零电压矢量在一个采样周期内对应的时间；其中包括和两个零矢量。式3-6显示矢量在时间内所产生的积分效果值和分别在时间内产生的积分效果相加总和值相同。三相逆变器建模图3-4三相逆变器主电路拓扑结构由上图，结合基尔霍夫定律，可得静止坐标系下逆变器主电路数学模型： （3-7）通过Clark变换将三相静止坐标系数学模型变换为两相静止αβ坐标系，如图所示。图3-5abc三相静止坐标系与αβ两相静止坐标系由等量变换原则，Clark变换矩阵如下式： (3-8)式（3-7）经过Clark变化得到αβ坐标系下数学模型，如下式： (3-9)虚拟同步发电机工作原理VSG其本质是通过控制逆变器模拟SG的工作原理，使逆变器有SG相似的工作原理，在图2-12就已经介绍过SG和VSG之间的关系，下图详细介绍了其基本拓扑结构：图3-6虚拟同步发电机基本拓扑VSG模型图3-7虚拟同步发电机的控制策略有功-频率控制模块图3-8有功-频率控制模块框图如图3-8所示为有功-频率控制模块控制框图，设条件为值的恒功率负荷下，SG的机械转矩与电网频率成反比。又因为未能维持稳定，并且考虑到阻尼变化，越高，转子转速逐渐升高，机械阻尼（空气摩擦等等）越大。同理，通过对VSG机械转矩的调节即可调节网侧变流器接口中的有功，和可以由额定转矩和频率偏差反馈组成，表示为： （3-10） （3-11）机械转矩偏差则可以表示为： （3-12）式中f为VSG机端频率；f0为系统的额定频率；kf为无功-电压控制模块图3-9无功-电压控制模块控制框图图3-9为无功-电压模块控制框图，励磁调节器可以调节SG无功输出和电压大小。VSG通过调节模型中的虚拟电动势E来调节机端电压和无功。虚拟电势E由三部分组成。第一部分为空载电动势，相当于空载离网运行的逆变器电压。第二部分对应于无功功率调节的部分，可表示为 （3-13）式中为无功；为无功调节系数。 第三部分对应于逆变器电压调节∆EU，若简化为比例环节，那么 （3-14）式中为电压调节系数；和为并网逆变器机端电压有效值的值和真实值。虚拟惯量模拟模块如图3-10所示，为虚拟惯量控制模块框图，VSG的转子方程涉及到了SG的机械和电磁方程，可表示为二阶转子微分方程，即 （3-15） （3-16）式中，为虚拟转动惯量，单位为；为虚拟同步角速度，单位为；、和分别为机械、电磁和阻尼转矩，单位为；为阻尼系数，单位为;为的标幺值，基准值取系统额定频率对应的电角速度，即；为转子的功角单位为。图3-10虚拟惯量控制模块框图仿真实现的基本条件表3-2VSG的系统参数参数取值参数取值额定容量电网频率滤波电感同步角速度电感电阻惯性时间滤波电容阻尼系数空载电势无功调节系数电网线电压U电压调节系数电网侧线路电感电网侧线路电阻PR控制器PR控制器转动惯量频率调节系数参考有功参考无功仿真实现的步骤如图3-11所示，是基于matlab/simulink仿真平台，搭建的虚拟同步发电机基本方针系统。图3-11虚拟同步发电机基本仿真系统 图3-12为三相逆变器的仿真模型。图3-12逆变器基本仿真图下图3-13是VSG的机械部分的仿真图。图3-13VSG控制策略机械部分仿真图下图3-14是VSG的电磁部分的仿真图。图3-14虚拟同步发电机控制策略电磁部分仿真图下图3-15是VSG的无功控制部分的仿真图。图3-15下垂无功控制仿真图下图3-16是VSG的有功功率控制部分的仿真图。图3-16有功功率控制仿真图下图3-17是比例谐振控制器即PR控制器的仿真图。图3-17PR控制仿真图图3-18Svpwm仿真图仿真结果与分析图3-19有功功率P的波形图3-20无功功率Q的波形图3-21逆变器输出电压图3-22逆变器输出电