光伏储能系统的虚拟同步机运行模式及参数边界研究

发布时间：2020-11-10 06:41

　　 随着能源短缺和环境污染问题愈发严重,越来越多的研究人员开始关注可再生能源利用与分布式发电技术。作为典型的可再生能源分布式发电系统,光伏电池一般通过电力电子装置接入电网,和传统同步发电机相比缺乏惯性和阻尼,严重时会影响电网的安全性和稳定性。虚拟同步机技术通过在光伏发电系统中增加储能单元来提供惯性支撑,使其具备惯性和阻尼特征。由于虚拟惯量和阻尼参数可以在储能单元的充放电功率、剩余容量等约束范围内进行自主调节,灵活的惯量和阻尼调节能力使得系统频率、电压在扰动初期即有望得到有效抑制。本文首先对光伏储能系统关键部件进行了详细的建模。建立了光伏电池模型并分析了光伏发电系统的最大功率控制策略。对比各类型储能元件的特点,选取了性价比较高的铅酸蓄电池,建立三阶动态电池模型并进行仿真分析。基于传统同步发电机和虚拟同步机的相似性,推导出虚拟同步机的控制策略,并建立了共直流母线型光储联合发电系统的仿真模型,完成了仿真验证。随后,研究了虚拟同步机系统的孤网和并网运行模式。通过仿真对比了孤网和并网情况下系统的特性,比较了不同惯量J、阻尼系数D和频率有功下垂系数Kp对于系统运行特性的影响。进而提出了改进型的惯量自适应控制策略,与恒定惯量的控制策略相比,系统性能得到了进一步的改善。由于储能是光伏系统中提供惯量的物理来源,本文分析了不同阻尼比情况下的储能单元优化配置,选取欠阻尼二阶系统,考虑储能单元的荷电状态、充放电功率和充放电功率变化率限制因素,明确了考虑蓄电池充放电特性的虚拟同步机惯量和阻尼系数的可调范围。通过仿真验证了所提参数边界的正确性和相关控制方法的有效性,为虚拟同步机可靠运行和参数自适应控制提供了一种分析途径。最后,本文考虑光伏储能系统在配网馈线首端接入的典型应用情况。将其与固态变压器有机结合,基于一种采用多脉整流技术的固态变压器(MPR-SST),通过样机试验验证模型的可行性,将虚拟同步机控制应用于MPR-SST,通过仿真验证了两者结合应用的有效性。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM341
【部分图文】：

提高整体工作电压，再把大量的光伏模块进行并联处理形成光伏电池阵列从而提??高系统整体效率。为方便起见，工程上组成的光伏阵列一般要求光伏电池一致，??因此可以视为将若千一模一样的光伏电池串联和并联，忽略其细微差别，如图２－??２所示是串联数量为％、并联数量为％建立起来的光伏阵列，其总体输出电流和??电压的关系为：??＿?—?Ｔ?＊??？＂￣＊??丨丄丨ｒｉｌｒ丨丄ｖ?丄＋??丁??Ｉ?丁?Ｉ?丁?Ｔ?ｖ??ｈ?ｉ丄！－＾?丄／?？？丄?Ｋ??丨丁’丨?丁?Ｉ?￣?ｖ?丁??Ｉ?Ｉ??１：１：?：?：??Ｉ?．?Ｉ?？?？??．Ｉ?１?■?｜?１?■?！，?＿｝?１?？??ｉ＂Ｔ?Ｉ?丁?〒?ｖ?〒?一??—??｜?；?Ｉ???ＮＰ??图２－２光伏电池阵列示意图??８??

＿．??图２－１光伏电池工作原理??以上就是光伏电池发电的基本原理。值得说明的是，光伏阵列中最小的组成??单元就是光伏电池，实际上，单一光伏电池输出的电压一般较低，功率也较小。??在实际的工程应用中，经常将许多光伏电池串联而能够构成一个大型的光伏模块，??提高整体工作电压，再把大量的光伏模块进行并联处理形成光伏电池阵列从而提??高系统整体效率。为方便起见，工程上组成的光伏阵列一般要求光伏电池一致，??因此可以视为将若千一模一样的光伏电池串联和并联，忽略其细微差别，如图２－??２所示是串联数量为％、并联数量为％建立起来的光伏阵列，其总体输出电流和??电压的关系为：??＿?—?Ｔ?＊??？＂￣＊??丨丄丨ｒｉｌｒ丨丄ｖ?丄＋??丁??Ｉ?丁?Ｉ?丁?Ｔ?ｖ??ｈ?ｉ丄！－＾?丄／?？？丄?Ｋ??丨丁’丨?丁?Ｉ?￣?ｖ?丁??Ｉ?Ｉ??１：１：?：?：??Ｉ?．?Ｉ?？?？??．Ｉ?１?■?｜?１?■?！

整体上来看，光伏阵列的输出特性依赖于光伏电池的外特性。??２．１．１．２光伏电池数学模型??如图２－３所示，在理想情况下。光伏电池可用如下模型进行等效模拟，它由??二极管、恒流源、旁路电阻化和串联电阻足组成，／＿是光伏电池受太阳光照射??所产生的光生电流，它的大小与电池板的面积、环境温度和光照强度值有关。??取决于二极管两端电压和温度，它正向通过二极管，是二极管的反向饱和电流。??是由于材质边缘或内部的污渍及微小损坏造成的旁路电阻，一般为上百至上??千欧姆；＆是串联电阻，经验值小于等于１〇，主要是由电池的内部电阻、外接触??面表面电阻、导体电阻、接触电阻所串联而成。????ｒ－ＡＡ／Ｖ＾??／?７?Ｉ?＾?????〇??图２－３光伏电池的单指数等效模型??根据图２－３，可得：??Ｉ?＝?（２－２）??根据光伏相关特性，可得：??／?＝?／厂／０｛ｅＸｐ［
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本文编号：2877611