基于虚拟同步机的新型分布式光储系统研究

发布时间：2020-06-14 03:25

【摘要】：分布式电源就近并入低压配电网可缓解用电压力,提高电网的坚强性和可靠性。光储发电系统可有效改善分布式光伏发电系统并网问题。本文的主要研究内容如下:首先,建立虚拟同步发电机模型,通过有功频率控制策略和无功电压控制策略实现对发电机功频特性和励磁特性的模拟。其次,设计光储虚拟同步机系统。稳态下,按照既定功率输出功率或储存能量。暂态下,具备同步发电机的惯量特性,并主动参与电网的频率调节过程。该种光储虚拟同步机系统能够在发/储双模式下稳定运行,且具备双向调频能力和惯量特性,满足自主电力系统的需要。最后,使用同步机等值电网模型,验证所提系统的可行性。再次,提出适用于双向储能设备(储能电站、光储电站等)的频率特性分析方法。对包括无穷大电网在内的单电源系统进行了分析。以发电机组、双向储能设备和实际电网为例,介绍多电源系统的分析方法。以光储虚拟同步机系统为例,在发/储双模式下对不同控制方式的光储逆变器频率调节进行定性和定量分析,验证了该方法的可行性。然后,提出具备调速器失灵区特性的并网光伏逆变器控制方法。引入新能源调频延迟度,提升了逆变器对可再生能源渗透率的适应性。通过直流电压环稳定直流母线电压,抵御系统的电压波动;通过调度接口设计和功率使能环节,实现抵御波动、参与调频和响应调度之间的动态平衡。最后,对本文进行总结和展望。 【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341;TM615

【图文】：

框图,逆变器,框图,虚拟同步

应对电网的运行暂态和动态稳定问题，具备与同步机组相同的运行机制，源、网、荷都具有唯一的频率，在电源、电网或负荷出现扰动时，依靠三者之间的同步机制实现耦合，以抵御外部扰动对同步系统的干扰。国内外学者在虚拟同步机技术的仿真建模、有功/转矩控制、无功/电压控制、惯量阻尼特性、多机并联和稳定性分析等方面开展了大量的研究工作，证实了虚拟同步机技术在清洁能源并网，尤其是分布式和微网应用中的有益作用[40]。1997年，A-A.Edris等学者首次提出了静止同步机概念；2005年，Johan Morre在风力发电系统中模拟了风机的转动惯量和一次调频特性[41]；2007 年，Beck 利用同步发电机七阶模型虚拟了同步发电机的转动惯量与阻尼特性[42]；2008 年K.VISSCHER 通过模拟发电机的一阶下垂特性曲线与动态运动方程，并添加短时储能环节来虚拟同步发电机的转动惯量与阻尼特性[43-45]。2011 年，HussamAlatrash 提出发电机模拟控制方案[45]，并首次应用于光伏逆变器。上述研究均基于电流源型逆变器，不能为光伏微电网提供频率支持。为此，电压源型虚拟同步机理论被提出[46-53]。2009 年，钟庆昌提出同步逆变器（Synchronverter）概念其控制框图如图 1-1 所示[46-49]。

框图,双闭环控制,框图

华北电力大学硕士学位论文同步逆变器方案采用实际电感模拟同步电抗，更加细致地模拟了同步电机电磁暂态过程。但因实际电感参数固定，设计不当可能造成多机并联失稳。此后Chen Yong 通过同步发电机的降阶模型与动态运动方程来虚拟转动惯量[50-52]。述的控制方案中，都采用的是电压单闭环控制，控制效果欠佳。2012 年，A. Per采用二阶模型模拟同步发电机特性，并采用电压电流双闭环控制，，大大提升了压控制效果，控制框图如图 1-2 所示[53]。电压控制精度改善后，仍未实现有功无功调差控制。如图 1-3 所示控制方案实现了逆变器的下垂控制特性。

【参考文献】