1. 研究目的与意义
现阶段风能、太阳能等可再生能源大规模接入电网，如何提高电网对其消纳能力，实现安全稳定供电成为当务之急。目前组建微电网是解决上述问题最有效的技术方向，而作为其中可再生能源并网接口的是逆变器，针对其控制策略的研究成为热点。伴随着电网电能质量要求的提高，不仅需要逆变器能够保证自身稳定、安全和经济运行，还要为电网提供一定的功率支撑，参与电气调节，自动维护电力系统的稳定。传统逆变器控制策略具有转动惯量小，频率稳定性和电压支撑得不到保障，故障恢复能力弱、无短时过载能力等缺点，另外新能源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现自主协调运行。于是提出参考电网同步发电机特性，提出使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，提升电网消纳可再生能源的能力，因此研究微电网逆变器虚拟同步机控制策略具有非常重要的研究价值和现实意义。
2. 课题关键问题和重难点
组建微电网，从而解决太阳能、风能等可再生能源大规模并入电网时电网对他们的消纳能力，从而保证安全稳定的供电。而重点要研究作为可再生能源并网接口的逆变器的控制。如何使逆变器改变传统的缺点，成为其中的重点问题。参考并网同步发电机的特性，我们想要研究微电网逆变器虚拟同步及控制策略。同步发电机在电力系统中具有稳定电压、平衡功率的重要作用。如何使逆变器以电流源的形式连接到电网中，如何实现一次、二次调频，如何选择系统的动态响应性能、转动惯量等参数如何优化控制器参数，输出特性是否与实际同步发电机特性相吻合，如何采用适当的并网逆变器控制算法，使基于并网逆变器的分布式电源从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，从而改善分布式系统的稳定性。上述问题都是课题的关键与难点。
3. 国内外研究现状（文献综述）
近年来，由于能源、环境、技术等因素，新能源领域得到广泛的关注和发展，分布式电源在电力系统的渗透率不断提升，与此同时，传统的同步发电机装置比例逐渐降低，电力系统的旋转备用容量及转动惯量相对减少。 由于一次能源具有间歇性及不可控性，且常规的分布式并网发电控制较多采用电力电子并网逆变器模式，该模式并未体现常规电力系统固有的惯性及调频调压控制特性，这使得电网稳定性问题越发严峻。因此，如何改善新能源电站对电网呈现的稳态和动态接入特性，对将来新能源大规模发电具有较大的意义。 电力电子接口分布式逆变电源常用的控制方法主要包括电流型控制策略和下垂控制策略。下垂控制策略主要是为了为电网中的分布式电源而提出的，但是当分布式电源渗透较高时，这样的系统同样非常脆弱。针对这一问题，需要研究新的控制算法，提高系统的稳定性。因此提出了虚拟同步机的控制思想。
微网系统作为分布式发电在大电网中可以得到有效实际利用的主要方式，对电网建设具有极大意义。目前许多国家已经开展独立的微电网项目，并以各自国家的实际电网特点提出了各自的微电网定义和项目指标。美国的研究范围广泛，微电网模型中每一微源均使用数字式智能继电保护，各设备间设有专门的数字通信线路连接；日本重点在能源供给多样化、低污染，满足个性化用电需求，多含中央控制系统，用以管理微网，对快速通讯要求高；欧盟的微网模型更加全面完善，重点在标准制定和控制策略研究，强调可接入性和灵活性。微电网技术在我国起步较晚，从2006年起，863项目、973项目和国家自然科学基金项目中便不断出现分布式发电和微电网相关课题。目前，国内已经有一批代表性试验工程，主要集中在南方岛屿等便于建立自治微电网的场所。清华大学从系统仿真软件设计和系统运行特征分析方面入手做出了研究，天津大学承担了973项目分布式发电功能系统相关基础研究；合肥工业大学针对微电网中电力电子器件缺乏惯性和阻尼的问题进行了研究；四川工业大学使用多代理策略对变电站的功率控制方法进行改进；电工所对孤岛下mg系统独立运行与控制等进行了大量试验；浙江大学对并网逆变器的环流进行了分析。
虚拟同步发电机控制的基本思想和概念最早是在欧洲的vsync工程中提出的，国内较早针对分布式电源的虚拟同步发电机控制技术进行研究的高校有合肥大学、清华大学等。国外学者们将虚拟同步机的控制策略分为两大类：一是电流控制型虚拟同步发电机控制技术，二是电压控制型虚拟同步发电机控制技术。前者适用于分布式电源渗透率较低的强电网环境下，通常在并网模式工作；后者适用于分布式电源渗透率较低的弱电网情况下，且一般工作在并网运行控制及微电网孤岛运行模式下的电压参考控制应用场合。在虚拟同步及控制策略的研究方面，大多主要把研究目标放在了分布式逆变电源本身的有功频率控制环节上，目的在于模拟真实同步发电机的旋转惯性和阻尼分量，已达到支持电网系统频率稳定性的作用。实际的同步发电机即可以并入电力系统运行也可以单独的带负载运行，因此，针对分布式逆变电源所设计的虚拟同步发电机控制算法也应能够使其工作做在并网模式和自治模式，如何能够提出一种高性能的，且在并网模式与自治模式之间平滑切换的控制策略一直是相关学者的研究方向。在分布式逆变电源的虚拟同步发电机控制策略中，控制参数是其中非常重要的一个因素，因为不同控制参数的选择对其性能的影响较大，在这一点的研究上需要通过数学建模的方式进行相关的分析，得出不同参数变化下分布式逆变电源系统的动态响应特性，从而为虚拟同步发电机控制技术的设计与改善提供理论依据。
4. 研究方案
参考电网同步发电机特性，使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，提升电网消纳可再生能源的能力。
（1）在matlab-simulink中搭建仿真模型；
（2）研究同步发电机建模和传统下垂控制；
5. 工作计划
第1周：明确自己的选题内容，细化所有的工作内容，查看、阅读相关的文献资料。第2周：细致阅读文章，仔细认真地进行外文翻译。阅读自己的翻译内容，通顺流畅，并理解。第3周：了解选题的背景与意义，研读各种参考文献资料，找出课题的关键问题及难点，并认真制定相关的研究方案后，完成开题报告初稿，老师审查之后进行修改并定稿上交。第4周：在Matlab-Simulink中搭建仿真模型。第5周：研究同步发电机建模和传统下垂控制。第6周：研究逆变器的功率控制关键技术。第7周：研究逆变器虚拟同步机控制策略。第8周：完善仿真分析总结。第9周：整理结果，撰写论文。
第10周：完成毕业设计的论文初稿。第11周：在老师的指导下进行修改，并完成毕业设计论文正式稿。第12周：认真准备毕业设计答辩。
