基于虚拟同步发电机的光伏并网发电控制策略研究

摘要

近年来，光伏发电容量在电力系统中所占比例不断增加，但是由于太阳能的波动性和间歇性，大规模光伏并网会对电网稳定性造成严重影响，并且分布式电源大多通过电力电子逆变器接入电网，目前常用的下垂控制策略虽然能实现负荷功率在并联逆变电源之间合理分配，但逆变电源不具有同步发电机惯性大和输出阻抗大等优点。针对以上问题，引出了一种虚拟同步发电机（VSG）控制策略，即通过采用适当的控制算法，使基于VSG的逆变电源在外特性上近似等效为一台同步发电机，从而具有与同步发电机相似的调频调压特性。
　　本文重点分析了VSG模型的建立，并对控制器进行了设计，重点讨论了光伏并网发电系统的结构和各个环节所采用的控制策略，包括最大功率跟踪控制和逆变器并网控制。其中对VSG控制策略的研究主要分为三个阶段，首先，在离网模式下，单一直流电源采用VSG控制策略逆变后直接向负载供电，以验证VSG模型的正确性；然后，验证基于VSG的逆变电源的并网调节特性；最后，加入光伏发电单元，将其与储能电池（直流电源）等效成一个 VSG。基于Matlab/Simulink仿真平台进行了仿真验证，仿真结果表明，VSG对电网可体现同步发电机的特性，能够维持系统频率和电压稳定，有效提高了光伏发电单元的并网性能。依托实验室的硬件条件，搭建了一个基于VSG的逆变电源单独向负载供电的实验平台，实现了小功率实验验证，实验结果与仿真结论相一致，验证了VSG控制策略的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 光伏并网发电系统

1.3 国内外虚拟同步发电机研究现状和进展

1.4 本文的主要工作

第2章 基于虚拟同步发电机的逆变电源控制系统

2.1 下垂控制

2.2 虚拟同步发电机系统结构

2.3 虚拟同步发电机的控制原理

2.4 虚拟同步发电机数学模型分析

2.5 功频控制器

2.6 励磁控制器

2.7 仿真平台搭建及其结果分析

2.8 本章小结

第3章 基于虚拟同步发电机的光伏并网控制系统

3.1 光伏发电系统的结构与控制

3.2 接入光伏后虚拟同步发电机的控制原理

3.3 仿真平台搭建及其结果分析

3.4 本章小结

第4章 实验系统设计与实现

4.1 实验平台的搭建

4.2 实验系统主电路的组成

4.3 实验系统控制电路

4.4 一种易于在DSP程序中实现的锁相方法

4.5 实验结果及分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢