基于虚拟同步发电机的光伏发电系统并网控制研究

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1、分类号:TM73210710-2015132006硕士学位论文基于虚拟同步发电机的光伏发电系统并网控制研究张志涛导师姓名职称段晨东教授申请学位类别工学硕士学科专业名称控制理论与控制工程论文提交日期2018年4月10日论文答辩日期2018年6月10日学位授予单位长安大学ResearchonGrid--connectedControlofPhotovoltaicPowerGenerationSystemBasedonVirtualSynchronousGeneratorAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:ZhangZhitao

2、Supervisor:Prof.DuanChendongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要1传统的光伏并网控制方法是通过对同步发电机调压调频性能的效仿实现对系统并网输出的调控，但没有引入同步发电机的惯量作用，另外电力电子器件响应速度快以及频繁开断对电网带来的谐波污染、继电保护等问题依然制约着光伏装机容量进一步扩大。本文以光伏并网发电系统为对象，采用数值仿真与平台实验相结合的方法，针对并网控制中的虚拟同步发电机（VirtualSynchronousGenerator，VSG）技术展开研究，主要研究工作如下：首先阐述光伏发电产业背景及对并网控制技术的研

3、究意义，对虚拟同步发电机的研究现状进行综述分析。对光伏并网发电系统中的光伏电池单元、逆变输出波形控制方法等环节进行模型搭建，并在新能源实验平台上进行实验验证，实验结果分析证明，光伏电池的输出功率受辐照度、温度等外界气象条件影响较大，基于观测扰动法的最大功率点追踪方式可以使光伏电池在当前环境中保持最大功率输出；对光伏电池的逆变输出波形采用基于电压矢量控制的调节策略可以较好满足系统要求，实现对有功功率和无功功率的分别调控。光伏并网系统中储能单元的存在可以增强系统的稳定调节能力。对比分析了三种传统的并网控制技术，并对采用下垂控制技术的光伏并网系统进行研究，实验结果表明光伏发电系统在外

4、界负荷波动的情况下可以实现功频的下垂调节，但频率变化的响应速度较快，对电网的稳定运行造成安全隐患。将微电网中的储能单元及光伏单元等效为电力系统中的同步发电机，储能单元可效仿同步发电机中调速系统的作用，建立采用VSG控制的光伏储能互补型并网发电系统模型并进行研究，分析结果表明当虚拟同步发电机和电网共同向负载供电时，VSG内部的储能单元会根据光伏输出的波动进行电能的释放和存储，起到原动机的调节作用；在负荷功率波动的情况下VSG和电网依据自身容量承担相应的有功功率调节量，共同维持系统内部的功率平衡。搭建基于风光储的新能源实验平台，该平台包括光伏发电系统、风力发电系统、储能电池系统及能

5、量管理等，可以实现并网、离网模式下的运行，为分布式能源发电及并网控制技术研究提供了基础实验平台。关键词：光伏，并网发电，虚拟同步发电机，功率平衡1本文的研究工作得到了中国职业技术教育协会科研规划项目课题（201628Y02）及咸阳市科技局科研课题（2016k02-02）资助。IAbstractThetraditionalPVgrid-connectedcontrolmethodistorealizetheregulationofthemicro-grid’soutputtoconnectthepowergridbysimulatingtheperformanceofsynchr

6、onousgeneratorvoltageregulationandfrequencymodulation,buttheinertiaeffectofsynchronousgeneratorsisnotintroduced.Inaddition,thefastresponsespeedofpowerelectronicdevicesandtheproblemsofharmonicpollutionandrelayprotectioncausedbyfrequentinterruptionsstillrestrictthefurtherexpansionofinstalledca

7、pacityofphotovoltaicsystem.Thisarticlefocusesonthecontroltechnologyofvirtualsynchronousgenerator(VSG)duringtheprocessofthephotovoltaicgrid-connected,andcombiningnumericalsimulationwithplatformexperiment,themainresearchworkisasfollows:Firstofall,iti