海上平台新能源单元主动式虚拟直流电机技术

发布时间：2025-05-04 21:59

　　 针对海上平台多种新能源构成的电力电子化直流微网系统具有低惯量、弱阻尼特性,以及海上新能源强的间歇性所引起的微网系统稳定性问题,在风力发电单元、光伏发电单元的接口直流变换器中,采用主动式虚拟直流发电机技术,即接口变换器的控制系统中加入直流发电机机械方程和电磁特性方程,使其具有直流发电机惯量特性与阻尼特性,减缓在风、光发电单元出力突变时对母线电压冲击,以提高直流微网系统惯性。建立虚拟直流发电机控制小信号模型,分析其中惯量系数和阻尼系数对于系统稳定性影响,利用小信号线性模型根轨迹获得参数的优化设计准则。仿真结果表明,采用所提出的虚拟直流发电机控制方法极大弱化了风、光间歇性对母线电压冲击的影响,同时提高了弱电网特性下微网稳定性,验证了该方法理论正确性与可行性,在新能源独立供电弱网条件下具有广泛的应用前景。

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【部分图文】：

图1 海上平台风、光、储直流微网系统图

仅以风、光、储构成的海上平台直流微网系统为研究对象，其电路结构见图1，系统由风、光发电单元、储能单元、负载单元以及所有单元接入直流母线所需的并网接口变换器构成。由于海上平台面积有限、负载容量不大，风力发电可选用小型直驱永磁风力发电机，其两级功率变换器的前级为整流电路，实现风能的最....

图2 Boost变换器与直流发电机类比图

式中：I为电枢电流；P为电磁功率；J为转动惯量；D为阻尼系数；Tm、Te为机械转矩和电磁转矩；ω为直流发电机实际角速度；ω0为额定角速度；E为直流电机电枢电压。当直流电机机械功率突变时，直流发电机的转动惯量D和阻尼系数J使机械角速度变化缓慢。则电磁功率变化减缓，因此直流发电机的感....

图3 虚拟直流发电机控制原理图

当励磁电流一定时，感应电枢电动势与角速度成正比，根据直流发电机的机械方程可知，通过调节角速度可以调节感应电动势，进而维持输出端电压稳定。因此由虚拟直流电机的机械和电磁方程可得虚拟直流电机控制原理图见图3。根据图3知在实现虚拟直流电机的控制中，需要产生机械功率Pm作为控制侧的输入。....

图4 直流变换器虚拟直流发电机控制框图

在DC/DC变换器的控制框环节中加入虚拟直流发电机环节，就可将直流发电机机械环节中的惯量和阻尼引入到DC/DC变换器，从而减缓由新能源发电单元的间歇性对母线电压的冲击。因此结合虚拟直流发电机和直流变换器双环控制环节就可构成直流变换器主动式虚拟直流发电机惯性控制。控制框图见图4。根....

本文编号：4042868