光伏并网逆变器的VSG低压穿越控制方法研究及装置研制

发布时间：2020-04-03 07:41

【摘要】：随着能源资源的趋紧和安全问题的突出,光伏并网发电已成为能源供应安全和国民经济可持续发展的必然选择之一。然而,当电网发生电压跌落故障时,光伏发电装备作为弱惯性系统,极有可能发生大规模脱网,甚至导致电网局部瘫痪,造成不可估量的经济损失。而基于光伏逆变器的虚拟同步机(VSG)难以实现对故障下电网电压和频率进行主动支撑。因此,研究虚拟同步机的低压穿越控制策略进而保障系统安全稳定运行的意义重大。本文依托“新能源电站电网主动支撑关键技术与示范应用”项目,以光伏逆变器的虚拟同步机(VSG)为研究对象,重点研究了光伏逆变器的虚拟同步机(VSG)结构、控制参数设计以及低电压穿越综合限流控制方法。对提高系统可靠性、高效高质运行和对推动智能电网发展有着重大意义。本文主要的工作和创新点体现在以下方面:(1)首先论述了新能源发电的两种发电模式,并着重分析了光伏发电技术的研究现状。同时,阐述了并网规范对新能源并网发电故障穿越能力的要求,分析了虚拟同步机技术和光伏并网发电低电压穿越控制技术的研究现状。(2)其次,研究了光伏逆变器的虚拟同步机(VSG)系统结构,分析了虚拟同步机的有功与无功功率控制的原理,研究了虚拟同步机的机械特性与电气特性,进而设计了虚拟同步机的有功控制器和无功控制器,并对虚拟同步机的控制参数进行了设计。在此基础,搭建了虚拟同步机并网系统的仿真模型,用以验证虚拟同步控制方法的有效性。(3)然后研究了相量限流法及虚拟电阻限流法这两种常规的低压穿越控制方法,通过分析发现该两种方法难以同时限制虚拟同步机在电网电压深度跌落下的暂态冲击电流和稳态故障电流,存在一定局限性。在此基础上,结合相量限流法和虚拟电阻限流法的优势,提出一种虚拟同步机低压穿越的综合限流控制方法。并通过PSIM进行仿真分析,验证所提低电压穿越控制方法的优越性。(4)最后研制了一台10kW虚拟同步机样机,搭建了光伏逆变器的虚拟同步机(VSG)。阐述了装置的软硬件设计与实现过程,分析了各模块单元的结构、参数设计及元件选型。最后通过装置实验验证了本文所提控制策略的有效性。
【图文】：

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图１．２光伏并网系统结构逡逑光伏并网系统是接入了大电网的光伏系统，是最常见且被研宄最多的光伏发逡逑电系统结构，它的应用前景也被全世界看好。其大致构成如图１．２所示，分为光逡逑伏阵列，逆变器与控制器。光伏阵列将光能转换成电能，然后通过能量优化控制逡逑器和逆变器将得到的电能转换成稳定的、符合电网要求的交流电接入电网［ｎ｜。但逡逑是随之而来也会给电网带来一些负面影响如谐波污染等。逡逑ＬＬＬＵ逦ｊ逦负载逡逑光伏阵列逦「本地逦ＬｌＬ逡逑保护和电能逦Ｖｈ逡逑卜控系统」逦交流母线逡逑图〗．３不可调度光伏并网系统结构逡逑蓄电池组｜逦—＞？邋＜｝—逡逑Ｉ：丨岕——扣邋Ｃ；ＤＣ邋１￣￣七，！Ｈｐ逦——逡逑保护和电能逡逑卜}r逦Ｍ交流母线逡逑图１．４可调度光伏并网系统结构逡逑根据系统的结构和运行方式，将并网光伏发电系统分为两类［１８］。第一类足“不逡逑可调度光伏并网系统”，其特点是系统中没有包含储能组件。第二类是“＂ｎ周度逡逑光伏并网系统”，其特点是系统中包含了储能组件。如图１．３和图１．４所示分R%逡逑为不可调度光伏并网系统结构［１９１和可调度光伙并ｎ系统结构。两者相比＂丨以得逡逑知，可调度光伏发电系统比不可调度光伏发电系统多配备／储能组忭，因此它T逡逑以作为公共负载中的重要负载的后备电源，拥柯＋间断电源的功能。值得？提的逡逑是

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交流逡逑负载交流母线逡逑图１．２光伏并网系统结构逡逑光伏并网系统是接入了大电网的光伏系统，是最常见且被研宄最多的光伏发逡逑电系统结构，它的应用前景也被全世界看好。其大致构成如图１．２所示，分为光逡逑伏阵列，逆变器与控制器。光伏阵列将光能转换成电能，然后通过能量优化控制逡逑器和逆变器将得到的电能转换成稳定的、符合电网要求的交流电接入电网［ｎ｜。但逡逑是随之而来也会给电网带来一些负面影响如谐波污染等。逡逑ＬＬＬＵ逦ｊ逦负载逡逑光伏阵列逦「本地逦ＬｌＬ逡逑保护和电能逦Ｖｈ逡逑卜控系统」逦交流母线逡逑图〗．３不可调度光伏并网系统结构逡逑蓄电池组｜逦—＞？邋＜｝—逡逑Ｉ：丨岕——扣邋Ｃ；ＤＣ邋１￣￣七，，！Ｈｐ逦——逡逑保护和电能逡逑卜}r逦Ｍ交流母线逡逑图１．４可调度光伏并网系统结构逡逑根据系统的结构和运行方式，将并网光伏发电系统分为两类［１８］。第一类足“不逡逑可调度光伏并网系统”，其特点是系统中没有包含储能组件。第二类是“＂ｎ周度逡逑光伏并网系统”，其特点是系统中包含了储能组件。如图１．３和图１．４所示分R%逡逑为不可调度光伏并网系统结构［１９１和可调度光伙并ｎ系统结构。两者相比＂丨以得逡逑知
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464;TM615

【参考文献】