基于虛擬同步發(fā)電機功率控制策略的光伏發(fā)電系統(tǒng)研究

【摘要】：太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是目前新能源研究開發(fā)熱點之一，促使其得到了快速發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用。然而，光伏發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)發(fā)電方式存在很大差異，其大規(guī)模應(yīng)用的負(fù)面影響引起越來越多研究人員的關(guān)注。同步發(fā)電機具有較好的組網(wǎng)特性，使光伏發(fā)電系統(tǒng)模擬同步發(fā)電機特性將有效避免光伏發(fā)電規(guī)?；瘧?yīng)用存在的隱患，對光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展具有重要意義。 本文首先對光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了分析介紹，針對采用L型和LC型濾波器的光伏逆變器數(shù)學(xué)模型進行了推導(dǎo)和相應(yīng)控制策略的分析，對儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用方式進行了介紹，為下文結(jié)合光伏與儲能實現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機控制技術(shù)的研究打下基礎(chǔ)。 基于同步發(fā)電機二階模型建立了虛擬同步發(fā)電機(VSG，Virtual SynchonousGenerator)算法，對其基本特性及虛擬慣性作用進行了詳細(xì)分析。分析了采用無功功率閉環(huán)控制時控制器參數(shù)對系統(tǒng)特性的影響，并設(shè)計了一種基于坐標(biāo)變換實現(xiàn)有功無功解耦的無功功率控制方法，可以避免有功無功功率輸出特性相互影響。針對VSG算法實現(xiàn)，提出一種基于VSG算法的功率控制策略，通過該方法可使光伏發(fā)電系統(tǒng)有效模擬同步發(fā)電機特性，同時避免VSG算法的應(yīng)用增加系統(tǒng)控制復(fù)雜度和降低系統(tǒng)可靠性的問題。 在對VSG算法的研究基礎(chǔ)上，將該控制技術(shù)應(yīng)用至微電網(wǎng)運行控制中，結(jié)合兩種VSG算法實現(xiàn)方式對微電網(wǎng)分布式光伏電源進行控制，從而使它們均具有雙模式運行和微電網(wǎng)孤島運行模式下的負(fù)荷自動分配能力，并實現(xiàn)了微電網(wǎng)的靈活控制。對微電網(wǎng)孤島運行模式下頻率調(diào)整和電壓控制策略進行了分析和設(shè)計，并針對微電網(wǎng)模式切換提出了一種基于虛擬功率的預(yù)同步控制策略，可以在不檢測頻率、相位情況下實現(xiàn)微電網(wǎng)與主網(wǎng)的預(yù)同步控制。 最后，在MATLAB/Simulink中建立了系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果表明：(1)應(yīng)用VSG算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)具有了虛擬慣性，基于坐標(biāo)變換解耦的無功功率控制實現(xiàn)了很好的控制效果，且避免了對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；(2)通過功率控制實現(xiàn)VSG算法的方法達(dá)到了引入虛擬慣性目的，且系統(tǒng)具有較好的可靠性；(3)基于VSG控制技術(shù)的微電網(wǎng)分布式光伏電源協(xié)調(diào)控制策略實現(xiàn)了微電網(wǎng)的可靠運行，基于虛擬功率的預(yù)同步控制策略可實現(xiàn)微電網(wǎng)母線電壓與主電網(wǎng)電壓的準(zhǔn)確同步。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 虛擬同步發(fā)電機 功率控制策略 儲能 微電網(wǎng)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)概況9-11
• 1.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)存在問題11-12
• 1.4 應(yīng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)存在問題研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容13-14
• 2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制14-24
• 2.1 兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制14-20
• 2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)前級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制14-15
• 2.1.2 光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略15-20
• 2.2 儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用20-23
• 2.2.1 儲能技術(shù)分類20-21
• 2.2.2 儲能與光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合方式21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 3 基于虛擬同步發(fā)電機算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)24-38
• 3.1 VSG 算法及基本特性分析24-28
• 3.1.1 建立 VSG 本體算法模型24-25
• 3.1.2 VSG 本體算法特性分析25-28
• 3.2 基于 VSG 算法的光伏逆變器控制策略28-34
• 3.2.1 控制結(jié)構(gòu)28-30
• 3.2.2 無功功率控制環(huán)節(jié)30-33
• 3.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及 BDC 控制策略33-34
• 3.3 基于 VSG 算法的功率控制策略34-37
• 3.3.1 工作原理34-35
• 3.3.2 功率調(diào)節(jié)能力35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的微電網(wǎng)光伏電源控制38-52
• 4.1 現(xiàn)有微電網(wǎng)運行控制策略38-39
• 4.2 基于 VSG 技術(shù)的微電網(wǎng)運行控制策略39-47
• 4.2.1 分布式光伏電源控制策略40-41
• 4.2.2 分布式光伏電源協(xié)調(diào)控制41-47
• 4.3 微電網(wǎng)動態(tài)特性分析47-51
• 4.3.1 微電網(wǎng)小信號模型47-49
• 4.3.2 基于小信號模型的系統(tǒng)分析49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 5 系統(tǒng)仿真及分析52-66
• 5.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)單機并網(wǎng)模型仿真分析52-60
• 5.1.1 儲能裝置功率調(diào)度作用驗證52-54
• 5.1.2 基于 VSG 模型逆變器控制策略仿真驗證54-59
• 5.1.3 基于 VSG 算法的功率控制仿真驗證59-60
• 5.2 微電網(wǎng)兩機并聯(lián)系統(tǒng)仿真分析60-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 附錄74

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