基于虚拟同步发电机的光伏逆变器并网控制的研究

【摘要】：由于太阳能地域分布不均匀,以至于光伏发电需作为分布式电源接入电网。随着分布式电源的渗透率不断提高,传统的同步发电机装机容量在比例上逐渐降低,电力系统的旋转备用容量以及转动惯量相对减少。由于一次能源具有不可控性及间歇性,而一般的分布式电源大多采用并网逆变器和负荷组成微网,这种并网方式使并网单元不具有常规电力系统固有的惯性,这使得电网的稳定性问题愈发严峻。本文将光伏并网逆变器作为研究对象,对并网逆变器在微网环境中的控制策略和应用进行研究。 本文首先简要的介绍了光伏并网发电的结构与微电网技术的发展概况,总结出微网目前的控制结构与并网策略。通过对比微网中光伏逆变器与常规电网中的同步发电机的性能,得出了光伏逆变器具有容量小、惯性小、过流能力差的缺点。为了使光伏逆变器克服这些缺点,具有同步发电机的外特性,本文重点介绍了一种微网逆变器接口—虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的控制策略。详细阐述VSG的基本原理及其实现方法,根据同步发电机的定子电气数学模型与转子机械数学模型与并网运行和孤岛运行时微网对光伏逆变电源的技术要求,设计了功频控制器和励磁控制器。 在MATLAB/SIMUlink环境中搭建系统仿真模型,验证所提出的虚拟同步发电机控制策略的并网特性,并对仿真结果进行详细的分析。根据仿真结果,对其硬件电路和软件进行设计。仿真与实验结果表明,具有虚拟同机特性的光伏微网逆变技术,可以满足并网运行和孤岛运行时微网对光伏逆变电源的技术要求,同时也满足大电网对微网的稳定性要求。 【关键词】：微网 光伏发电 虚拟同步发电机 功频控制器 励磁控制器
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.2 光伏发电技术的现状与发展趋势13-21
• 1.2.1 光伏发电系统结构17
• 1.2.2 MPPT控制与DC/DC电路17-18
• 1.2.3 储能装置与充放电控制器18-21
• 1.3 本章小结21-22
• 2 光伏并网逆变器的组网与控制22-30
• 2.1 微网的组网特点22-23
• 2.2 光伏微网逆变器的控制策略23-27
• 2.2.1 恒功率控制23-24
• 2.2.2 恒压频控制24-25
• 2.2.3 下垂控制25-27
• 2.3 光伏微网逆变器的组网结构27-29
• 2.3.1 主从控制27-28
• 2.3.2 对等控制28
• 2.3.3 分层控制28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 虚拟同步发电机原理与实现30-44
• 3.1 基于虚拟同步发电机的光伏系统30-34
• 3.1.1 虚拟同步发电机系统结构30-32
• 3.1.2 虚拟同步发电机算法的数学模型32-34
• 3.2 虚拟同步发电机控制器设计34-43
• 3.2.1 频率控制原理35-36
• 3.2.2 虚拟同步发电机功频控制器设计36-37
• 3.2.3 同步发电机励磁控制原理37-39
• 3.2.4 虚拟同步发电机励磁控制设计39-41
• 3.2.5 虚拟同步发电机同步控制器设计41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 基于VSG光伏并网逆变器控制的仿真研究44-52
• 4.1 基于VSG光伏并网逆变器模型的搭建44-46
• 4.1.1 VSG算法实现及建模44-45
• 4.1.2 VSG控制器的模型45
• 4.1.3 基于VSG光伏并网逆变器模型45-46
• 4.2 仿真实验46-50
• 4.2.1 光照变化对光伏微网发电稳定性影响实验46-48
• 4.2.2 负载变化对光伏微网发电稳定性影响实验48
• 4.2.3 并网实验48-50
• 4.3 本章小结50-52
• 5 基于VSG的光伏并网逆变系统的设计52-70
• 5.1 主电路设计52-56
• 5.1.1 储能装置设计52-54
• 5.1.2 IPM模块的选型54-55
• 5.1.3 网侧LC滤波电路参数设计55-56
• 5.3 控制电路设计56-59
• 5.3.1 直流电压采样电路56-57
• 5.3.2 交流电压检测电路57
• 5.3.3 交流电流采样电路57-58
• 5.3.4 辅助电源设计58-59
• 5.4 软件设计59-63
• 5.4.1 主程序流程图60-61
• 5.4.2 中断服务程序61
• 5.4.3 VSG算法实现61-62
• 5.4.5 储能装置能量管理程序62-63
• 5.5 系统实验63-68
• 5.6 本章小结68-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 总结70
• 6.2 今后工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 作者简介78

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