基于虚拟同步发电机的光伏并网发电控制研究

光伏发电具有发电过程简单,不消耗燃料,无噪声、无污染等众多优点,因此,光伏并网发电成为最有发展前景的新能源发电之一,其规模快速发展,并网容量越来越大。然而,光伏发电受环境影响很大,当光照剧烈变化时,光伏系统输出功率波动较大,会给电网的规划、运行和调度造成困难,同时,电力系统中频率和电压的波动也会影响光伏并网发电运行,这无疑制约了光伏并网发电的大规模发展。针对以上问题,本文提出了一种基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)思想的光伏并网发电系统结构,并设计了系统的控制策略,使得光伏发电向电网输送的功率平滑,并对大电网体现同步发电机的特性,根据负荷的波动,调节自身输出功率,维持系统频率与电压稳定,有效提高了光伏并网发电性能。 首先,介绍了光伏并网发电的结构,包括BOOST变换器以及DC/AC逆变器；接着介绍了系统各个环节所采用的控制策略,包括最大功率跟踪控制(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和逆变器矢量控制。最后给出了模型的仿真分析。 其次,重点详细介绍了所设计的虚拟同步发电机光伏并网系统结构、虚拟同步发电机的系统控制实现原理、虚拟同步发电机本体的建模及仿真实现方法,接着通过深入分析电力系统中有功功率平衡和频率的关系、无功功率平衡和电压的关系,引出了虚拟同步发电机功频控制器和励磁控制器的原理与设计方法。 再次,采用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建了系统模型,通过仿真验证了虚拟同步发电机的外下垂特性；通过和下垂控制策略的对比仿真验证了转动惯量的作用；接着验证了虚拟同步发电机的并网特性,包括对光伏发电的功率平抑作用以及体现同步发电机特性的调频调压、维持系统稳定性的作用。本文对每个仿真算例结果都给出了详细的分析。 最后,对储能系统进行实验验证,搭建了采用虚拟同步发电机控制策略的逆变电源实验平台,对硬件电路及软件设计做出详细介绍。实验结果体现了虚拟同步发电机的输出特性以及转动惯量对系统响应的影响,验证了所提出控制策略的正确性和可行性。