论文总字数：18877字

摘 要

面对节能减排和能源可持续发展的全球化趋势，使用与普及清洁能源的电力系统变革同时也推进了可控负荷的发展。电力系统中分布式电源和新能源发电的增长对电网的稳定性产生了新的威胁，而负荷参与系统调频能够在很大程度上提高电网频率稳定性。虚拟同步机技术则是随着可控负荷飞速发展的趋势，逐渐得到国内外研究重视的一项技术，能够加强新型负荷与新形态电网之间的联系，其技术核心为采用电力电子变流器模拟传统同步电机，使利用电力电子器件的电源或负荷在电网中模拟出同步机组的阻尼特性、惯性特性、频率调整和电压调整等运行外特性，在电力系统中运行时获得同步机组的机电暂态特性。

越来越多的可控负荷在电网中占据重要地位，能够且应当发挥部分传统的全部由电源承担的稳定电网的功能。基于负荷虚拟同步机技术，本文提出了对采用虚拟同步机技术的空调负荷变流器并网的控制策略，建立空调负荷虚拟同步机控制的仿真模型，并使用 Matlab/Simlink，验证了空调负荷虚拟同步机技术的有效性。

关键词：负荷虚拟同步机；变频空调；电机控制；一次调频；负荷调频；建模与仿真。

The RESEARCH on Control Technology of Air-conditioning Load Virtual Synchronous Machine

Abstract

Faced with the globalization trend of energy conservation and emission reduction and sustainable energy development, the use of power system changes that promote clean energy sources has also promoted the development of controllable loads. The growth of distributed power generation and new energy generation in power systems poses new threats to the stability of the power grid, and the frequency of load participation in the system can greatly improve the frequency stability of the power grid. The virtual synchronous machine technology is a technology that has been gradually researched at home and abroad with the rapid development of controllable load. It can strengthen the connection between the new load and the new form of power grid. The core of the technology is the use of power electronic converters. Simulate the traditional synchronous motor, so that the external power supply or load presents the external characteristics of the synchronous unit such as damping, inertia, frequency adjustment and voltage adjustment. When operating in the power system, the electromechanical transient characteristics of the synchronous unit are obtained.

More and more controllable loads occupy an important position in the power grid, and they can and should take full advantage of some of the traditional functions of a stable power grid that were all borne by the power supply. Based on the technology of load virtual synchronous machine, this paper proposes the control strategy for grid-connected air-conditioning load converters using virtual synchronous machine technology, establishes the simulation model of air-conditioning load virtual synchronous machine control, and uses Matlab/Simlink, which has different air-conditioning load. Grid control strategy for comparative analysis.

KEYWORDS: Load virtual synchronous machine, Inverter air conditioner, Motor control, Primary frequency modulation, Load frequency modulation, Modeling and simulation.

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 引言 5

1.1 虚拟同步机的背景与意义 5

1.2 虚拟同步机国内外研究现状 6

1.3 本文的主要研究方向 7

第2章 电力系统一次调频 9

2.1 电力系统一次调频的概念 9

2.2 一次调频的原理 9

2.3 负荷一次调频 10

2.3.1 传统一次调频的不足 10

2.3.2 负荷虚拟同步机一次调频 11

第3章 负荷虚拟同步机控制 13

3.1 负荷虚拟同步机概念及数学模型 13

3.1.1 负荷虚拟同步机基本概念 13

3.1.2 负荷虚拟同步机数学模型 14

3.2 负荷虚拟同步机控制方法 15

3.2.1 控制系统整体结构 15

3.2.2 有功控制和频率响应 17

3.2.3 无功控制和电压调节 17

3.2.4 PWM整流 18

第4章 仿真验证及分析 20

4.1 模型仿真 20

4.1.1 参数选择 20

4.1.2 仿真分析 21

第5章 总结与展望 24

参考文献 25

致谢 26

引言

虚拟同步机的背景与意义

近年来，随着新能源应用范围的逐渐广泛及电力电子技术的创新升级，分布式发电在电网中更加常见，微电网技术也不断革新。传统的负荷思路为不参与电网调整独立用电，这种方式结合现在快速增长的新型可控负荷，更多的小惯性、高频、快速电力电子模块接入大电网，会使得电网的不稳定性变得更加严重，并将威胁电网运行的安全性可靠性。

单论分布式发电的发展，随着能源与环境问题的出现与威胁，世界各国对于传统电气工业的态度都有了新的转变，并大力支持风能、水能、地热能、太阳能等可再生能源和核能等新能源的投入开发。仅截止2016年，可再生能源在中国的电力工业占比已经达到了20%，并且随着科研投入，新能源发电的成本也将在未来50年内下降近70%，可以预见未来电网结构将会发生巨大的变化。然而随着新能源发电在电网中供电占比的不断提高，其间歇性和不稳定性加上能源分布的特异性，使得分布式发电带来的谐波问题、无功和电压问题、孤岛问题对电力系统造成的威胁也可能不断加剧。受限于分布式发电本身的特性，短时间内分布式电源还无法完全承担电网调频调压的动态需求，急需满足的电能需求和无法满足的稳定需求之间的矛盾将会给新时期的电力系统带来巨大的挑战。

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