【虛擬同步發電機VSG仿真模型的建立分析2000字】

虛擬同步發電機VSG仿真模型的建立分析目錄TOC\o"1-3"\h\u352虛擬同步發電機VSG仿真模型的建立分析 135331.1實驗原理及分析 144891.1.1SVPWM的工作原理 1283511.1.2三相逆變器建模 4131991.1.3虛擬同步發電機工作原理 5201491.2VSG模型 69431.2.1有功-頻率控制模塊 6184161.2.2無功-電壓控制模塊 7118561.2.3虛擬慣量模擬模塊 830021.3仿真實現的基本條件 810351.4仿真實現的步驟 9253061.5仿真結果與分析 13實驗原理及分析SVPWM的工作原理SVPWM的理論基礎是平均值等效原理，即在一個開關周期內通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。圖3-1逆變電路直流側電壓為，逆變器輸出的三相相電壓分別為，三個電壓分別在空間矢量上相差120°，假設三個電壓空間矢量，方向延各相的軸線，大小遵循正弦規律變化，時間相位相差120°。可列方程： （3-1）又，合成空間矢量可表示為： （3-2）是幅值為1.5倍的一個逆時針方向旋轉的空間矢量，并且旋轉速度為角頻率。三相上下橋臂6個開關管之間有不同開關組合，逆變器所輸出的空間電壓矢量，定義開關函數分別為為： （3-3）SX的全部組合共有8個，包括6個非零矢量、、、、、、和2個零矢量、，下面以其中一種開關組合為例分析，假設，此時圖3-2矢量U （3-4）求解可得：、、。同理其他各種組合下的空間電壓矢量也可以計算，列表如下表3-1開關狀態與相電壓和線電壓的對應關系矢量符號線電壓相電壓下圖為8個基本電壓空間矢量的大小和位置。圖3-3電壓空間矢量圖 （3-5）也可以等效為： （3-6）其中為采樣周期；為期望電壓矢量；分別對應電壓矢量和零電壓矢量在一個采樣周期內對應的時間；其中包括和兩個零矢量。式3-6顯示矢量在時間內所產生的積分效果值和分別在時間內產生的積分效果相加總和值相同。三相逆變器建模圖3-4三相逆變器主電路拓撲結構由上圖，結合基爾霍夫定律，可得靜止坐標系下逆變器主電路數學模型： （3-7）通過Clark變換將三相靜止坐標系數學模型變換為兩相靜止αβ坐標系，如圖所示。圖3-5abc三相靜止坐標系與αβ兩相靜止坐標系由等量變換原則，Clark變換矩陣如下式： (3-8)式（3-7）經過Clark變化得到αβ坐標系下數學模型，如下式： (3-9)虛擬同步發電機工作原理VSG其本質是通過控制逆變器模擬SG的工作原理，使逆變器有SG相似的工作原理，在圖2-12就已經介紹過SG和VSG之間的關系，下圖詳細介紹了其基本拓撲結構：圖3-6虛擬同步發電機基本拓撲VSG模型圖3-7虛擬同步發電機的控制策略有功-頻率控制模塊圖3-8有功-頻率控制模塊框圖如圖3-8所示為有功-頻率控制模塊控制框圖，設條件為值的恒功率負荷下，SG的機械轉矩與電網頻率成反比。又因為未能維持穩定，并且考慮到阻尼變化，越高，轉子轉速逐漸升高，機械阻尼（空氣摩擦等等）越大。同理，通過對VSG機械轉矩的調節即可調節網側變流器接口中的有功，和可以由額定轉矩和頻率偏差反饋組成，表示為： （3-10） （3-11）機械轉矩偏差則可以表示為： （3-12）式中f為VSG機端頻率；f0為系統的額定頻率；kf為無功-電壓控制模塊圖3-9無功-電壓控制模塊控制框圖圖3-9為無功-電壓模塊控制框圖，勵磁調節器可以調節SG無功輸出和電壓大小。VSG通過調節模型中的虛擬電動勢E來調節機端電壓和無功。虛擬電勢E由三部分組成。第一部分為空載電動勢，相當于空載離網運行的逆變器電壓。第二部分對應于無功功率調節的部分，可表示為 （3-13）式中為無功；為無功調節系數。 第三部分對應于逆變器電壓調節?EU，若簡化為比例環節，那么 （3-14）式中為電壓調節系數；和為并網逆變器機端電壓有效值的值和真實值。虛擬慣量模擬模塊如圖3-10所示，為虛擬慣量控制模塊框圖，VSG的轉子方程涉及到了SG的機械和電磁方程，可表示為二階轉子微分方程，即 （3-15） （3-16）式中，為虛擬轉動慣量，單位為；為虛擬同步角速度，單位為；、和分別為機械、電磁和阻尼轉矩，單位為；為阻尼系數，單位為;為的標幺值，基準值取系統額定頻率對應的電角速度，即；為轉子的功角單位為。圖3-10虛擬慣量控制模塊框圖仿真實現的基本條件表3-2VSG的系統參數參數取值參數取值額定容量電網頻率濾波電感同步角速度電感電阻慣性時間濾波電容阻尼系數空載電勢無功調節系數電網線電壓U電壓調節系數電網側線路電感電網側線路電阻PR控制器PR控制器轉動慣量頻率調節系數參考有功參考無功仿真實現的步驟如圖3-11所示，是基于matlab/simulink仿真平臺，搭建的虛擬同步發電機基本方針系統。圖3-11虛擬同步發電機基本仿真系統 圖3-12為三相逆變器的仿真模型。圖3-12逆變器基本仿真圖下圖3-13是VSG的機械部分的仿真圖。圖3-13VSG控制策略機械部分仿真圖下圖3-14是VSG的電磁部分的仿真圖。圖3-14虛擬同步發電機控制策略電磁部分仿真圖下圖3-15是VSG的無功控制部分的仿真圖。圖3-15下垂無功控制仿真圖下圖3-16是VSG的有功功率控制部分的仿真圖。圖3-16有功功率控制仿真圖下圖3-17是比例諧振控制器即PR控制器的仿真圖。圖3-17PR控制仿真圖圖3-18Svpwm仿真圖仿真結果與分析圖3-19有功功率P的波形圖3-20無功功率Q的波形圖3-21逆變器輸出電壓圖3-22逆變器輸出電