基于虚拟同步发电机的光伏并网无缝切换技术研究

【摘要】：摘要：光伏发电具有成本低,无污染和可再生等诸多优点,已成为可再生能源发电的重要形式。但光照等自然条件的变化,并网时电网电压和频率的波动,以及并网和孤岛之间的模式切换,都会导致光伏发电系统电压和频率不稳定及功率不平衡等问题。因此,采用适宜的并网控制方法,预防上述问题的出现,实现光伏并网系统的并网和孤岛模式之间的无缝切换显得十分重要。 本文以光伏并网系统为研究对象,针对光伏并网系统在电网电压和频率波动及运行模式切换时易导致暂态不稳定的现象,提出了采用虚拟同步发电机(VSG)的并网逆变器控制方法来解决该问题。论文首先建立了包括光伏电源、并网逆变器、储能系统等各部分的数学模型,在此基础上参照和研究了同步发电机的原理,构建了用于控制并网逆变器的虚拟同步发电机算法。它使光伏并网系统能够模拟同步发电机阻抗大、惯性大等优点,满足系统稳定运行的要求。论文重点研究了光伏并网系统在运行模式切换时采用虚拟同步发电机控制算法对维持系统暂态稳定的可行性和有效性。 论文首先介绍了课题的研究背景,阐述了课题研究的必要性。其次分析和建立了光伏并网系统各部分的数学模型,并分析了系统模式切换的原因。在此基础上参考同步发电机原理,构建了虚拟同步发电机算法。之后,研究了虚拟同步发电机控制算法在光伏并网系统模式切换等暂态情况下的控制效果并搭建了系统的Matlab/Simulink模型进行了仿真验证和分析。仿真结果证明了虚拟同步发电机控制算法在光伏并网系统无缝切换时的可行性和准确性。图42幅,表5个,参考文献66篇。 【关键词】：光伏并网 虚拟同步发电机 模式切换 电压频率控制 功率平衡
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 光伏并网系统11-14
• 1.2.1 光伏并网系统的结构与分类11-12
• 1.2.2 光伏并网系统控制方法12-13
• 1.2.3 光伏并网系统控制技术的国内外研究现状13-14
• 1.3 光伏并网系统的模式切换14-16
• 1.3.1 模式切换产生的原因及标准要求14-16
• 1.3.2 分布式电源暂态下的控制16
• 1.4 研究内容与章节安排16-18
• 2 光伏并网发电系统建模与分析18-35
• 2.1 光伏电源的数学模型分析18-23
• 2.1.1 光伏电池的数学建模18-21
• 2.1.2 光伏系统结构分析及其MPPT控制21-23
• 2.2 光伏并网逆变器数学建模与分析23-27
• 2.3 光伏并网系统储能模型及分析27-30
• 2.4 光伏发电系统整体数学模型30-31
• 2.5 光伏发电系统的三种工作状态31-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 虚拟同步发电机控制算法35-47
• 3.1 虚拟同步发电机的基本结构35-36
• 3.2 虚拟同步发电机机理及建模36-39
• 3.2.1 电磁部分36-38
• 3.2.2 机械部分38-39
• 3.3 控制器设计39-42
• 3.3.1 硬件机理和软件算法原理39-41
• 3.3.2 电压频率下垂和功率调节41-42
• 3.4 算法仿真分析42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 光伏并网系统的无缝切换控制47-60
• 4.1 光伏并网系统的无缝切换原理48-51
• 4.1.1 无缝切换的标准要求及过程48-49
• 4.1.2 光伏系统电路暂态分析49-51
• 4.2 基于虚拟同步发电机的无缝切换控制技术51-54
• 4.2.1 电压频率控制51-52
• 4.2.2 有功无功控制52-54
• 4.3 自动重合闸单元54-55
• 4.4 系统仿真分析55-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-67
• 攻读学位期间主要研究成果67-68
• 致谢68

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