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电力系统稳定与逆变器控制技术设计.docx
资料介绍
电力系统稳定与逆变器控制技术设计
1 电力系统稳定性概述
电力系统稳定性是指电力系统在正常运行条件下和遭受扰动后，维持所有发电机同步运行并保持电压和频率在可接受范围内的能力。电力系统稳定性按物理特性分为功角稳定、频率稳定和电压稳定三大类。功角稳定关注发电机转子之间的相对角度关系，可分为小扰动功角稳定（在微小扰动下系统保持同步的能力）和暂态功角稳定（在大扰动如短路故障后系统恢复同步的能力）。频率稳定关注系统有功功率平衡，在发电机出力与负载失衡时维持频率在可接受范围内。电压稳定关注系统无功功率平衡，在负载增长或故障后维持各节点电压在可接受范围内。随着可再生能源的大规模接入，电力电子接口的逆变器在电力系统稳定中的作用日益重要，STM32G474数字逆变器通过高级控制算法可主动参与系统稳定支撑。
2 虚拟同步发电机技术
虚拟同步发电机技术通过控制算法使逆变器模拟同步发电机的机电暂态特性，包括惯性和阻尼特性，为电力系统提供频率和电压支撑。VSG的核心控制算法包括虚拟惯量控制和虚拟励磁控制两部分。虚拟惯量控制模拟同步发电机的转子运动方程，计算公式为：
，其中为虚拟惯量，为虚拟角速度，为机械功率（虚拟），为电磁功率，为阻尼系数。虚拟励磁控制模拟同步发电机的励磁调节特性，通过无功-电压下垂控制调整逆变器输出电压幅值。在电力系统频率跌落时，VSG通过释放转子动能（虚拟惯量响应）迅速增加有功输出，抑制频率下降速率，为一次调频争取时间。STM32G474逆变器通过HRTIM高分辨率定时器（分辨率217ps）和高速ADC（采样率5Msps），可在100μs内完成VSG控制算法的计算和PWM更新，实现与同步发电机媲美的惯性响应特性。虚拟惯量参数可根据系统运行状态在线调整，在弱电网条件下增大惯量以增强系统稳定性。
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