光伏微网逆变电源控制策略及应用的研究

【摘要】：光伏发电作为最有前景的新能源发电方式,近年来一直得到大力的支持和推广。光伏发电一般通过并网向用户提供电能。但是,随着这种分布式电源接入电网的数量越来越多,将会对传统的辐射状配电网产生本质性的变化,给电力系统的安全运行带来了很大的威胁。微电网技术是由分布式电源和负荷组成的小型智能电力系统,它不仅具备分布式发电的优点,而且它对现有配电网的结构不会造成影响,可以更好地发挥新能源发电的优点。本文以光伏逆变电源为研究对象,对其在微电网环境中的控制策略及应用展开了研究。 本文首先对光伏发电和微电网技术的发展情况做了简要介绍,更进一步归纳了现有微电网的控制结构和并网策略,并对现有微电网的不足进行了分析,通过对比分析光伏微网逆变电源与电网中的同步发电机性能上的不同,得出了光伏逆变电源过流能力差,容量小,惯性小等缺点。因此本文借鉴同步发电机工作原理,提出虚拟同步发电机概念,通过模拟同步发电机的数学模型和电气方程来构建光伏微网逆变电源的模型,从而使光伏微网逆变电源具有与同步发电机相似的外特性；根据微网在并网运行和孤岛运行时对光伏微网逆变电源的技术要求,本文依据虚拟同步发电机的控制原理,设计了光伏微网逆变电源的功频控制器和励磁控制器,使其可以实现频率、电压、功率的稳定。为了改善微网在负载变动时引起的频率不稳定,本文提出了一种在可使频率快速稳定的可变虚拟惯量策略,该策略通过实时改变虚拟转动惯量值来快速使频率的振荡得到衰减。在MATLAB/SIMUlink环境中搭建光伏微网逆变电源的仿真模型来验证所提出策略的有效性。最后对一台10kW光伏微网逆变器进行了硬件选型和软件设计。仿真和实验结果表明,基于虚拟同步发电机策略的光伏微网逆变电源,可以满足微电网并网运行和孤岛运行时对光伏微网逆变电源的技术要求。 【关键词】：微电网 光伏逆变电源 虚拟同步发电机 功频控制器 励磁控制器 可变虚拟惯量策略
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-30
• 1.1 课题的背景及研究意义14-15
• 1.2 光伏发电技术的现状与发展趋势15-20
• 1.2.1 国内外光伏发电技术发展现状15-19
• 1.2.2 光伏发电的趋势19-20
• 1.3 微电网简介及国内外发展现状20-28
• 1.3.1 微电网典型控制结构20-23
• 1.3.2 微电网常用接口策略23-25
• 1.3.3 微电网的国内外发展现状25-28
• 1.4 本文所做的主要工作28-30
• 2 微网环境下的光伏逆变电源30-40
• 2.1 光伏微网发电系统的组成30-32
• 2.1.1 光伏并网发电系统30-31
• 2.1.2 光伏离网发电系统31
• 2.1.3 光伏微网发电系统31-32
• 2.2 光伏电池的模型32-33
• 2.3 光伏逆变电源的最大功率点跟踪方法33-37
• 2.4 光伏逆变电源的并网控制策略37-38
• 2.5 储能系统38
• 2.6 本章小结38-40
• 3 微电网环境下光伏逆变电源的控制策略40-56
• 3.1 虚拟同步发电机的结构40-43
• 3.1.1 虚拟同步发电机概念40-41
• 3.1.2 虚拟同步发电机数学模型41-43
• 3.2 虚拟同步发电机功频控制器设计43-47
• 3.2.1 电力系统中调速器工作原理43
• 3.2.2 虚拟同步发电机功频控制器设计43-44
• 3.2.3 VSG一次调频44-45
• 3.2.4 VSG二次调频45-47
• 3.3 VSG励磁控制器设计47-50
• 3.3.1 同步发电机励磁控制器原理47-49
• 3.3.2 VSG励磁控制器设计49-50
• 3.4 微电网频率稳定的可变虚拟惯量控制策略50-54
• 3.5 本章小结54-56
• 4 光伏微网逆变电源的仿真研究56-64
• 4.1 光伏微网逆变电源仿真模型56-59
• 4.1.1 VSG逆变电源组成56
• 4.1.2 VSG建模及算法实现56-58
• 4.1.3 VSG控制器建模58-59
• 4.2 VSG与同步发电机性能对比分析59-60
• 4.3 微网逆变电源并网运行分析60-61
• 4.4 微网逆变电源孤岛运行仿真61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 5 微网逆变电源的软硬件设计64-80
• 5.1 主电路硬件设计65-66
• 5.1.1 逆变模块选型65-66
• 5.1.2 网侧滤波电感设计66
• 5.2 控制电路硬件设计66-69
• 5.2.1 DSP控制电路设计66-67
• 5.2.2 电网电压检测电路67
• 5.2.3 电流检测及保护电路67-68
• 5.2.4 逆变模块驱动电路68-69
• 5.3 辅助电源设计69-70
• 5.4 微网逆变电源软件设计70-75
• 5.4.1 主程序流程图70-71
• 5.4.2 PWM定时中断服务程序71-73
• 5.4.3 VSG算法实现73
• 5.4.4 锁相环程序73-75
• 5.5 系统实验75-78
• 5.6 本章小结78-80
• 6 总结与展望80-82
• 6.1 本文主要结论80-81
• 6.2 今后工作展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介88

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