基于虚拟同步发电机的分布式光伏并网系统研究
发布时间：2021-10-15 03:46
随着全社会对电能的需求增加,化石能源为主的传统能源,已不再适合环境保护和可持续发展要求,因此光伏和风力发电代表的清洁能源得到了广泛的发展。分布式光伏发电因自身的开发优势,成为了光伏利用的主要形式,但现阶段仍存在诸多问题。传统电力网的稳定运行与同步发电机自身固有的旋转惯性和阻尼特性密不可分,而基于电力电子元件的分布式光伏大规模并网后,其自身的无惯性阻尼、随机性等特点,导致电网调节能力和抗干扰能力严重下降。虚拟同步发电机技术,是一种能够使逆变电源拥有同步发电机特性的方案。本文针对由光电池、小容量超级电容、DC-DC变换器、DC-AC变换器等组成的分布式光伏并网系统,适配了虚拟同步发电机方案,具体工作内容如下:1)概述了光伏电池的数学模型与工程模型,并利用光伏电池工程模型,在MATLAB平台分析了其输出特性;详细介绍了光伏电池最大功率跟踪原理及Boost电路模型;在MATLAB/Simulink平台建立了扰动观察法最大功率跟踪控制模型,并进行了仿真验证。2)研究了基于互补PWM控制的双向DC-DC电路小信号模型,并以此为依据设计了超级电容器充放电控制系统;提出一种利用有限的端口条件快速确定纹...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-1Single-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology
华北水利水电大学硕士论文2究基础上，针对上述存在的突出问题进行展开。1.2国内外研究现状1.2.1分布式光伏并网逆变器现有的分布式光伏并网逆变器，一般采用非隔离型拓扑结构，可分为单级式和双级式两类[12]。如图1-1和1-2所示，前者在能量转换时只有一个环节，而后者要通过两个环节实现能量转换。图1-1单级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-1Single-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology图1-2双级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-2Two-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology由于光伏电池在不同的环境状态下，存在不同的最大功率点，使得单级式光伏并网逆变器的控制系统，既要考虑电池板的最大功率点，又要保证输出电流满足并网条件，导致控制系统相对复杂。而双级式光伏并网逆变器中，最大功率跟踪控制(MPPT)和并网控制，分别由前级DC-DC变换器和后级DC-AC变换器独立实现，控制系统设计比前者更加简单方便。因此，主流的光伏并网逆变器均采用双级式拓扑结构。在双极式光伏并网逆变器的研究中，前级DC-DC变换器的MPPT控制研究已较为成熟，其控制方法大致分为[13]：①CVT控制方法；②基于优化数学模型的控制方法；③基于扰动自寻优的控制方法；④基于智能算法的控制方法；⑤基于输出端控制的MPPT控制方法。后级DC-AC变换器的并网控制研究，是众多学者的研究热点，现有的并网控制策略可根据矢量定向和控制变量的不同分为四类：①基于电压定向的矢量控制[14]；②基于虚拟磁链定向的矢量控制[15]；③基于电压定向的直接功率控制[16]；④基于虚拟磁链定向的直接功率控制[17]。目前，主流的分布式光伏并网逆变器，通常采用基于电网电压定向的矢量控制策略。该策略双环结构，其内环控制用于控制逆变器本身，而外环控制则用于逆变?
rolledVSG)奠定了VSG思想基础，在该思想基础上国内外出现了众多改进方案。其中，最典型的VSG控制方案有英国利物浦大学钟庆昌教授提出的Synchronverter方案[37,38]、日本大阪大学Ise实验室提出的VSG方案[39,40]以及合肥工业大学丁明教授提出的VSG控制方案[41]等。其中，钟庆昌教授提出的Synchronverter方案中，还考虑了同步发电机的电磁暂态过程，增强了虚拟定子与转子的耦合度，更加接近同步发电机的外特性。虚拟同步发电机控制主要针对储能逆变器提出，在分布式光伏并网逆变器中应用较晚。典型的分布式光伏VSG的拓扑结构如图1-3所示，不同于储能逆变器，分布式光伏逆变器采用VSG控制需要同时协调MPPT控制、并网控制以及充放电控制三个方面。图1-3配有储能电池的分布式光伏并网逆变器拓扑结构Figure1-3Topologyofdistributedphotovoltaicgrid-connectedinverterwithenergystoragebattery国内最早在文献[42,43]将虚拟同步发电机应用到分布式光伏中，但两者本质上仍然是储能逆变器的控制策略。文献[44]首次提出针对分布式电源的自治和并网两种运行模式虚拟同步发电机控制策略以及自适应虚拟惯性策略，并对相关参数优化做了详细的分析。文献[45]中提出一种分布式光伏VSG的协调控制策略，在充放电控制中引入并网点的功率缺额信号，提高了系统的动态响应。文献[46]提出光伏和储能共交流母线的VSG方案，简化了拓扑结构与相应控制策略。但在该模式下成本更高，不适合应用在分布式光伏发电，更适合应用在集中式大功率光伏电站。文献[47]提出一种无储能设备的分布式光伏VSG，该方法是利用光伏电池出力曲线和特征值分析得到光伏电池稳定运行区域，利用配套的控制策略避免功率不足引起直流电压降落，使得分布式并网光伏逆变器能还能运行在自治模式。但在该?
本文编号：3437365
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-1Single-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology
华北水利水电大学硕士论文2究基础上，针对上述存在的突出问题进行展开。1.2国内外研究现状1.2.1分布式光伏并网逆变器现有的分布式光伏并网逆变器，一般采用非隔离型拓扑结构，可分为单级式和双级式两类[12]。如图1-1和1-2所示，前者在能量转换时只有一个环节，而后者要通过两个环节实现能量转换。图1-1单级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-1Single-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology图1-2双级式光伏并网逆变器拓扑Figure1-2Two-stagephotovoltaicgrid-connectedinvertertopology由于光伏电池在不同的环境状态下，存在不同的最大功率点，使得单级式光伏并网逆变器的控制系统，既要考虑电池板的最大功率点，又要保证输出电流满足并网条件，导致控制系统相对复杂。而双级式光伏并网逆变器中，最大功率跟踪控制(MPPT)和并网控制，分别由前级DC-DC变换器和后级DC-AC变换器独立实现，控制系统设计比前者更加简单方便。因此，主流的光伏并网逆变器均采用双级式拓扑结构。在双极式光伏并网逆变器的研究中，前级DC-DC变换器的MPPT控制研究已较为成熟，其控制方法大致分为[13]：①CVT控制方法；②基于优化数学模型的控制方法；③基于扰动自寻优的控制方法；④基于智能算法的控制方法；⑤基于输出端控制的MPPT控制方法。后级DC-AC变换器的并网控制研究，是众多学者的研究热点，现有的并网控制策略可根据矢量定向和控制变量的不同分为四类：①基于电压定向的矢量控制[14]；②基于虚拟磁链定向的矢量控制[15]；③基于电压定向的直接功率控制[16]；④基于虚拟磁链定向的直接功率控制[17]。目前，主流的分布式光伏并网逆变器，通常采用基于电网电压定向的矢量控制策略。该策略双环结构，其内环控制用于控制逆变器本身，而外环控制则用于逆变?
rolledVSG)奠定了VSG思想基础，在该思想基础上国内外出现了众多改进方案。其中，最典型的VSG控制方案有英国利物浦大学钟庆昌教授提出的Synchronverter方案[37,38]、日本大阪大学Ise实验室提出的VSG方案[39,40]以及合肥工业大学丁明教授提出的VSG控制方案[41]等。其中，钟庆昌教授提出的Synchronverter方案中，还考虑了同步发电机的电磁暂态过程，增强了虚拟定子与转子的耦合度，更加接近同步发电机的外特性。虚拟同步发电机控制主要针对储能逆变器提出，在分布式光伏并网逆变器中应用较晚。典型的分布式光伏VSG的拓扑结构如图1-3所示，不同于储能逆变器，分布式光伏逆变器采用VSG控制需要同时协调MPPT控制、并网控制以及充放电控制三个方面。图1-3配有储能电池的分布式光伏并网逆变器拓扑结构Figure1-3Topologyofdistributedphotovoltaicgrid-connectedinverterwithenergystoragebattery国内最早在文献[42,43]将虚拟同步发电机应用到分布式光伏中，但两者本质上仍然是储能逆变器的控制策略。文献[44]首次提出针对分布式电源的自治和并网两种运行模式虚拟同步发电机控制策略以及自适应虚拟惯性策略，并对相关参数优化做了详细的分析。文献[45]中提出一种分布式光伏VSG的协调控制策略，在充放电控制中引入并网点的功率缺额信号，提高了系统的动态响应。文献[46]提出光伏和储能共交流母线的VSG方案，简化了拓扑结构与相应控制策略。但在该模式下成本更高，不适合应用在分布式光伏发电，更适合应用在集中式大功率光伏电站。文献[47]提出一种无储能设备的分布式光伏VSG，该方法是利用光伏电池出力曲线和特征值分析得到光伏电池稳定运行区域，利用配套的控制策略避免功率不足引起直流电压降落，使得分布式并网光伏逆变器能还能运行在自治模式。但在该?
本文编号：3437365
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