PDF《虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略》

同时设置虚拟阻抗比为 X1∶X2= 1∶2保证暂态功率的稳定性. V S G 中Z( s) 配置通过嵌入的同步发电机二阶 方程实现: ud = Ue- ω Ld i d -Rd i d -Lq d i q d t u q = ω Lq i q -Rq i q -Ld d i d d t ì ? í ? ? ? ? (

1 2 ) 式中: Ld 和Lq 、 i d 和i q 、 Rd 和Rq 分别为虚拟电感、 电流、 虚拟电阻的d q 轴分量. 设置虚拟电阻 Rd 和Rq 为0使Z( s) 呈感性, 还需 保证同步电感L2 d 1+L2 q

1 ∶ L2 d 2+L2 q

2 = 1∶2, 下面对d q 轴电抗值进行配置. 同步发电机二阶方程中电流微分值较小, 故忽 略式(

1 2 ) 中微分项, 可简化得到: ud = ω Lq i q u q = Ue- ω Ld i d { (

1 3 ) 此时ud 和u q 满足约束条件: u2 d + u2 q = U2 P C C (

1 4 ) d q 轴坐标系下有功/无功功率为:

1 7 张辉, 等 虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略 p q é ? ê ê ù ? ú ú =

3 2 u q - ud ud u q é ? ê ê ù ? ú ú i q - i d é ? ê ê ù ? ú ú (

1 5 ) 设定容量比为2∶1, 即i d 1=2 i d 2, i q 1=2 i q 2, 联 立式(

1 4) 和式(

1 5) 可得到 Ld

2 =2 Ld 1, Lq

2 =2 Lq 1, 通过实现阻抗配置即可满足虚拟阻抗值 X1∶X2= 1∶2. 在电压电流双闭环中引入虚拟阻抗, 结合控制 器及硬件电路设计参数, 分析波特图中等效输出阻 抗和输出电压特性.控制环如附录 A 图A2. 将负载电流Io 视为干扰信号, 得出控制环节闭 环传递函数为: Uo=G( s) Ur e f-Z( s) Io (

1 6 ) 式中: G( s) 体现 V S G 对电压参考信号Ur e f的跟踪特 性, 实现对端电压无差控制;

Z( s) 为VSG等效输出 阻抗, 其与 L C 滤波电路、 调制信号增益、 电压电流 闭环控 制器及控制参数有关.此时得到G(s) 及Z( s) 波特图如附录 A 图A3所示. 从附录 A 图A3( a ) 中Z( s) 频域特性可知, 分 别设置虚拟阻抗值Zv i r为5mH 和1 0mH 均可使输 出阻抗 角在低频处接近90°,且频域幅值分别为-4 6d B和-4 0d B, 换算到时域阻抗幅值增益|Z( s) |分别约为0.

0 0 5和0.

0 0 1, 通过设置虚拟阻抗 可弥补控制器及硬件电路参数对等效输出阻抗的影 响, 且遵循虚拟阻抗Zv i r( s) ≥ Zl i n e( s) 选取原则, 使VSG等效输出阻抗Zo( s)≈Zv i r( s) , 完成对其配置 并优化 V S G 控制性能. 从附录 A 图A3( b) 中G( s) 频域特性可知, 在 低频处G( s) 频域幅值和相角几乎为0, 换算到时域 幅值增益| G( s) |约为1, 即在该控制器参数下可实 现VSG输出端电压稳定可控.

4 仿真分析 在MAT L A B / S i m u l i n k中构建仿真模型, 在阻 抗匹配与不匹配时对不同容量 V S G 并联功率分配 进行仿真分析. 4.

1 不同容量 V S G 阻抗不匹配并联仿真分析 仿真 工况: 0s 时VSG1投入交流母线并带10kW 阻性负载, 0. 1s使能 V S G 2预同步单元, 完成VSG2输出对交流母线电压追踪, 0.

2 5s关闭预 同步使能并将 V S G 2投入交流母线, 0. 8s交流母线 投入1 0kW 阻性负载和1 0k v a r感性负载. 设置 V S G 容量比为C1 ∶C2 =2∶1, 其中VSG1积分系数k i=2

0 0, 调压系数 Kq=2 0, 阻尼系 数D为3 0, 转动惯量J 为0. 9, 无功下垂系数Dq 为0.

0 0 2, d q 轴的虚拟电阻为0, 此时两台 V S G 虚拟阻 抗X1 和X2 均为5mH. 不同容量 V S G 并联时的仿真波形如图5所示. 图中P=P1+P2, Q=Q1+Q2.由图5( a ) 可见, 采 用改进 型励磁环节可实现无功功率―电压下垂控制, 对比改进前励磁环节可提升交流母线电压稳定 性, 降低电压跌落.由图5( b ) 和( c ) 可见, 虚拟阻抗 不匹配时, 阻感负载投入过程中有功/无功功率均出 现波动, 动态时间变长, 影响 V S G 并联稳定运行. 图5 不同容量 V S G 并联时的仿真波形 F i g .