含光储的分布式并网虚拟同步发电机控制技术研究

摘要

目前以光伏为代表的分布式能源凭借其自身“绿色”、“可再生”的优势在电网中的比例越来越高。但是大量电力电子逆变器作为分布式能源并网接口使用，易造成电网旋转容量下降，降低电网的稳定性。针对这一问题，虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）通过模拟同步发电机运行特性，能够有效增加逆变器惯性，提高并网可靠性。本文针对光储互补的分布式并网虚拟同步协调控制技术进行了深入研究。 首先，文章类比同步发电机建立了VSG的数学模型，通过分析VSG的控制流程，提出了VSG模拟构建同步发电机外特性及虚拟惯性的核心思想和技术方法。 其次，文章针对VSG控制中的同步频率谐振现象，在考虑功率耦合效应的前提下，通过分析网侧扰动时不同传输角的VSG并网小信号模型，论证了同步谐振的机理，并通过在VSG控制中添加附加校正环节有效抑制同步谐振现象。经MATLAB/Simulink仿真验证了小信号模型、VSG实际模型和同步发电机模型的一致性、以及改进策略对同步谐振的抑制效果。 另外，文章重点研究了光伏发电的运行特性，分析出目前两种传统的最大功率点跟踪算法的缺陷，针对光伏并网配合VSG策略的要求，提出了一种改进型的最大功率点跟踪算法，能够解决传统算法无法兼顾跟踪速度和精度的不足。 最后，文章针对光伏的源端特性，对光伏、储能的容量配比进行了理论分析，提出一种确定储能容量及功率的计算方法，构建了一种光储互补的并网架构。结合前述的VSG并网控制策略，通过实物平台验证了协调控制的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1.1 分布式能源概述

1.1.2 微电网的研究背景及意义

1.1.3 微电网的发展和研究现状

1.2 虚拟同步发电机研究现状

1.2.1 虚拟同步发电机的研究背景及意义

1.2.2 虚拟同步发电机的发展和研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 虚拟同步发电机基础原理

2.1 传统同步发电机的数学模型和运行特性

2.2 虚拟同步发电机数学模型及其控制原理

2.2.1 虚拟同步发电机主电路数学模型及其控制方法

2.2.2 有功-频率下垂控制模型

2.2.3 无功-电压下垂控制模型

2.3 虚拟同步发电机控制流程和基本原理

2.4 本章小结

第三章 虚拟同步发电机并网改进策略

3.1 VSG的小信号模型及谐振机理分析

3.1.1 调速器的小信号模型及谐振机理分析

3.1.2 励磁控制器的小信号模型及谐振机理分析

3.1.3 功率耦合效应的谐振机理分析

3.2 VSG同步谐振消除策略

3.3 VSG策略的仿真分析

3.3.1 VSG在给定功率扰动时的仿真

3.3.2 VSG在电网扰动时的仿真

3.3.3 改进的VSG策略同步频率谐振抑制仿真

3.4 本章小节

第四章 光伏的控制策略

4.1.1 光伏电池的数学模型

4.1.2 光伏电池的仿真分析及运行特性

4.2 光伏发电MPPT运行基本原理及控制方法

4.2.1 电导增量法

4.2.2 扰动观察法

4.3 光伏发电MPPT运行仿真及分析

4.4 本章小结

第五章 光储互补的并网系统控制策略及优化配置

5.1.1 发电结构设计

5.1.2 储能容量的优化设计

5.2 工程应用设计和介绍

5.2.1 框架结构介绍

5.2.2 成果展示

5.3.1 智能分配方案测试

5.3.2 平均分配方案测试

5.3.3 光储互补运行

5.4 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果