电机控制系统研究管理论文提纲

关键词： 渗透率 交直流 储能 分布式

论文题目：混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略研究

摘要：分布式新能源电源渗透率的提高,给电力系统的安全稳定运行与控制提出了前所未有的挑战。融合原有交流系统、综合交直流可再生能源发电、储能系统、交直流负荷的交直流混合微电网因其可作为电力系统自运行、自管理单元,可有效避免分布式新能源出力不确定性以及负荷随机性对电力系统的影响,是构建未来智能电网不可或缺的组成部分。混合微电网中,连接交、直流母线的接口变换器（Interfacing Converter,IFC）作为控制整个系统功率平衡的关键元件,受到了广泛关注。针对混合微电网交直流母线接口变换器采用传统下垂控制存在惯性小的问题,本文提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制（Virtual Synchronous Machine,VSM）策略。该控制策略根据混合微电网的瞬时功率平衡特性,利用交、直流微电网内电源和负荷的吞吐特性为交流频率和直流电压的动态响应过程提供惯性,扩大系统的惯性来源;不仅可使交、直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态功率分配特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,改善直流电压的动态响应,有效提高交直流混合微电网中交流频率及直流电压的抗扰动性能。首先,根据混合微电网中的瞬时功率平衡特性和接口变换器的功率传输原则,设计接口变换器的虚拟同步电机控制策略,包括控制有功功率并改善系统动态响应特性的交流频率-直流电压控制环节、控制无功功率的虚拟励磁控制环节和底层用于改善接口变换器输出电能质量的电压-电流双闭环控制环节。其次,针对所提交直流母线接口变换器的虚拟同步电机控制策略,建立小信号模型,利用根轨迹法和劳斯判据对闭环系统的稳定性进行分析;根据稳定性分析结果对系统的控制参数进行设计。之后,基于MATLAB/Simulink仿真软件,分别验证接口变换器运行于逆变、整流模式以及两种模式切换过程中,虚拟同步电机控制策略的有效性;对比接口变换器采用传统下垂控制和采用本文所提控制策略的仿真结果,验证虚拟同步电机控制相比于下垂控制的优越性。最后,基于d SPACE搭建接口变换器的硬件实验电路,通过实验再次证明了所提混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略的有效性和优越性。

关键词：交直流混合微电网;母线接口变换器;虚拟同步电机控制;小信号模型

学科专业：电气工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 交直流混合微电网研究现状

1.2.1 交直流混合微电网拓扑

1.2.2 交直流微电网功率控制技术

1.2.3 混合微电网接口变换器功率控制技术

1.3 虚拟同步电机控制策略研究现状

1.3.1 虚拟同步电机控制策略分类与应用

1.3.2 虚拟同步电机控制策略稳定性分析方法

1.4 本文主要研究内容及创新点

第二章 接口变换器虚拟同步电机控制策略

2.1 混合微电网功率分配

2.1.1 交流微电网下垂控制

2.1.2 直流微电网下垂控制

2.1.3 接口变换器功率传输原则

2.2 虚拟同步电机控制策略

2.2.1 接口变换器模型及运行特性

2.2.2 交流频率-直流电压控制

2.2.3 虚拟励磁控制

2.2.4 电压-电流双闭环控制

2.3 本章小结

第三章 接口变换器虚拟同步电机控制策略稳定性分析

3.1 闭环系统小信号模型

3.2 闭环系统稳定性分析

3.2.1 根轨迹分析

3.2.2 劳斯判据稳定性分析

3.3 控制参数设计

3.3.1 虚拟同步电机关键参数设计

3.3.2 电压-电流双闭环参数设计

3.4 本章小结

第四章 接口变换器虚拟同步电机控制策略仿真实现

4.1 仿真模型搭建

4.2 仿真结果与分析

4.2.1 逆变模式仿真与分析

4.2.2 整流模式仿真与分析

4.2.3 模式切换仿真与分析

4.2.4 直流电压惯性时间常数变化仿真与分析

4.2.5 无功功率变化仿真与分析

4.3 本章小结

第五章 接口变换器虚拟同步电机控制策略实验验证

5.1 接口变换器实验平台搭建

5.1.1 接口变换器主电路

5.1.2 接口变换器信号采集电路

5.1.3 接口变换器控制电路

5.2 实验结果与分析

5.2.1 逆变模式实验与分析

5.2.2 整流模式实验与分析

5.2.3 模式切换实验与分析

5.2.4 无功功率变化实验与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢