基于虚拟同步发电机的光伏并网低电压穿越技术研究

【摘要】：随着新能源发电技术的不断发展，光伏并网发电已成为最有发展前景的新能源发电之一，其发展速度越来越快，并网容量也越来越大，对大电网影响也越来越深，采用良好的并网控制技术是提高光伏并网渗透率的重要举措，本文采用目前较为先进的控制技术即基于虚拟同步发电机（VSG）控制技术，使得光伏并网逆变器具有同步发电机的外特性，具有调频调压功能，提高了光伏并网渗透率；同时随着光伏并网容量的不断增大，当电网电压发生降落或故障时，光伏系统可能发生解列，会造成电网不稳定，严重时还可能使得电力系统局部瘫痪，那么在电网电压跌落时能够提供一定的无功补偿，帮助电网电压恢复，这一点是很有必要的；本文研究了基于虚拟同步发电机的光伏并网系统，当电网发生电压跌落时，通过改进该控制策略，配合储能装置对输出功率进行控制，抑制并网输出电流过大，保证光伏并网逆变器安全稳定运行，实现光伏并网系统低电压穿越（LVRT）功能。 首先，本文介绍了光伏发电的总体趋势，国内外研究现状，以及光伏并网控制技术的发展状况，并对其它一些国家的光伏低电压穿越技术标准及要求做了简要的分析。介绍了光伏并网发电系统结构，建立了光伏发电单元仿真模型，同时介绍了几种最大功率点跟踪控制算法，最后介绍了光伏并网系统常用的结构。 其次，以LC三相光伏并网结构为基础，在直流母线上并联储能装置，给出了基于VSG的光伏并网系统结构，阐述了虚拟同步发电机的原理以及建立其数学模型，同时在Matlab/Simulink中搭建了基于VSG的光伏并网系统仿真模块，验证了该控制技术的有效性。 最后，展开了基于VSG控制技术的光伏并网低电压穿越技术的研究，介绍了电压对称跌落和不对称跌落检测的方法，同时针对电网电压发生对称跌落和不对称跌落，改进该控制策略，针对不对称跌落，采用改进瞬时对称分量法进行正序电压分量提取，配合储能系统，平衡逆变器两侧功率，使得并网输出电流不过流，与此同时发出无功功率，进行无功补偿以助于电网电压恢复。 【关键词】：光伏并网 虚拟同步发电机 储能 无功补偿 低电压穿越
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 插图索引10-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 课题研究现状13-17
• 1.2.1 光伏并网发电系统13-14
• 1.2.2 虚拟同步发电机技术14-15
• 1.2.3 光伏并网 LVRT 要求15-17
• 1.3 论文的主要研究内容17-18
• 第2章 光伏并网发电系统及控制策略18-34
• 2.1 光伏发电系统及其数学模型18-22
• 2.1.1 光伏并网发电系统结构18-19
• 2.1.2 光伏电池板数学模型19-21
• 2.1.3 最大功率点跟踪控制 MPPT21-22
• 2.2 光伏并网逆变器控制策略22-29
• 2.2.1 电流双闭环并网控制策略22-24
• 2.2.2 直接功率控制策略24-28
• 2.2.3 虚拟同步发电机并网控制策略28-29
• 2.3 光伏并网系统的 LVRT 双闭环控制策略29-33
• 2.3.1 电网电压跌落对光伏并网系统影响29-30
• 2.3.2 具有 LVRT 功能的双闭环控制策略30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 基于 VSG 的光伏并网系统及仿真建模34-49
• 3.1 基于虚拟同步发电机的光伏并网系统结构34-36
• 3.1.1 虚拟同步发电机逆变器基本结构34-35
• 3.1.2 LC 型三相光伏并网发电系统结构及数学建模35-36
• 3.2 虚拟同步发电机本体数学建模36-40
• 3.2.1 电气部分建模方程37-39
• 3.2.2 机械部分建模方程39
• 3.2.3 中性线连接建模方程39-40
• 3.3 虚拟同步发电机的实现40-43
• 3.3.1 电源部分设计41
• 3.3.2 电气部分设计41-43
• 3.4 虚拟同步发电机的控制43-45
• 3.4.1 频率下垂与有功功率控制43-44
• 3.4.2 电压下垂与无功功率控制44-45
• 3.5 仿真分析45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 基于 VSG 思想的光伏并网系统 LVRT 技术研究49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 基于 VSG 思想的光伏逆变器稳态控制技术49-51
• 4.2.1 基于 VSG 的光伏系统稳态控制技术49-50
• 4.2.2 仿真分析50-51
• 4.3 基于虚拟同步发电机（VSG）的光伏并网 LVRT 控制策略51-61
• 4.3.1 电网电压跌落检测方法51-53
• 4.3.2 对称故障时基于 VSG 的光伏并网 LVRT 控制策略53-57
• 4.3.3 不对称故障时基于 VSG 的光伏并网 LVRT 控制策略57-61
• 4.4 低电压穿越仿真分析61-67
• 4.4.1 对称故障时低电压穿越仿真分析61-65
• 4.4.2 不对称故障时低电压穿越仿真分析65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）74

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