本文關鍵詞：基于虛擬同步發(fā)電機的光伏逆變技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源是支撐人類社會生存和發(fā)展的基本元素,隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展,人們對常規(guī)能源的開采利用越來越多,不僅造成了全球的能源危機,更嚴重的污染了生存環(huán)境。近年來,各國政府都先后投入新能源的開發(fā)研究,其中太陽能具有可再生、可持續(xù)、易獲得、無污染、無噪聲、安全清潔等優(yōu)點,得到人們青睞,其發(fā)電規(guī)模和裝機容量逐年增高。隨著光伏發(fā)電規(guī)模和并網(wǎng)容量的增加,光伏模塊對用戶和電力系統(tǒng)的影響也越來越嚴重,對逆變器的技術(shù)要求也越來越高。常規(guī)的逆變器因為電子器件反應速度快,沒有慣性作用,在光照條件急劇變化及負載波動時會對用戶和電網(wǎng)造成危害,而且功率調(diào)節(jié)性能差,不能同時提供孤網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定的頻率及電壓支撐。為改善逆變器接口特性,解決以上問題,本文采用虛擬同步發(fā)電機(VSG)控制策略,使得光伏發(fā)電單元模仿同步發(fā)電機工作。該控制策略不僅能夠保持孤網(wǎng)運行時電壓和頻率的穩(wěn)定,還可以參與并聯(lián)電網(wǎng)性能的調(diào)節(jié),滿足了光伏發(fā)電在這兩種模式下的可靠運行。文章首先介紹了光伏發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景,明確了課題研究的重要意義。根據(jù)光伏系統(tǒng)不同的運行模式,介紹了相應的結(jié)構(gòu)分類,在對比幾種常見的逆變器控制方法優(yōu)缺點的基礎上,引入了虛擬同步發(fā)電機控制技術(shù),并根據(jù)同步發(fā)電機的二階方程對控制策略進行了建模分析,模擬同步發(fā)電機調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器設計了功頻控制單元和勵磁控制單元。其次,根據(jù)光伏發(fā)電結(jié)構(gòu),在MATLAB/simulink軟件中搭建了系統(tǒng)仿真模型。首先驗證了儲能單元對光伏發(fā)電輸出功率的平抑作用;接著分別進行了虛擬同步發(fā)電機特性仿真,包括功頻調(diào)節(jié)特性、勵磁調(diào)節(jié)特性、功角特性及引入轉(zhuǎn)動慣量的作用仿真;最后進行了光伏發(fā)電并網(wǎng)運行和兩臺虛擬同步發(fā)電機并聯(lián)運行仿真,實驗中電網(wǎng)和光伏發(fā)電單元可以共同承擔負載功率,兩臺虛擬同步發(fā)電機按照自身容量和調(diào)差系數(shù)自動分配負荷變化,仿真效果較好。最后,以主控芯片DSP320F2812和功率器件IPM為主控單元,設計了實驗主電路和控制電路結(jié)構(gòu),完成了實驗硬件平臺的搭建;設計了主程序流程和各功能子程序流程結(jié)構(gòu),編寫了基于CCS3.3的控制程序,完成了在硬件電路上的調(diào)試。通過實驗結(jié)果進一驗證了虛擬同步發(fā)電機控制策略的有效性和正確性。
【關鍵詞】：光伏發(fā)電 虛擬同步發(fā)電機控制策略 調(diào)速器 勵磁調(diào)節(jié)器 并網(wǎng)運行
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究背景和意義11-12
• 1.2 光伏發(fā)電的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹13-19
• 1.3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)基本構(gòu)成13-14
• 1.3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的拓撲15-17
• 1.3.4 逆變器接口控制策略17-19
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容及各章節(jié)安排19-21
• 第二章 虛擬同步發(fā)電機控制策略分析21-33
• 2.1 虛擬同步發(fā)電機系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2 虛擬同步發(fā)電機模型分析22-26
• 2.2.1 虛擬同步發(fā)電機算法的數(shù)學建模22-24
• 2.2.2 電氣部分的建模實現(xiàn)24
• 2.2.3 機械部分的建模實現(xiàn)24-26
• 2.3 虛擬同步發(fā)電機控制器設計26-31
• 2.3.1 功頻控制器原理分析26-27
• 2.3.2 功頻控制器的設計27-28
• 2.3.3 勵磁控制器原理分析28-31
• 2.3.4 勵磁控制器的設計31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 基于虛擬同步發(fā)電機控制系統(tǒng)的仿真33-49
• 3.1 儲能單元對光伏發(fā)電的作用33-36
• 3.2 虛擬同步發(fā)電機特性仿真36-44
• 3.2.1 功頻調(diào)節(jié)特性仿真37-38
• 3.2.2 勵磁調(diào)節(jié)特性仿真38-40
• 3.2.3 轉(zhuǎn)動慣量的作用仿真40-42
• 3.2.4 功角特性仿真42-44
• 3.3 虛擬同步發(fā)電機并網(wǎng)仿真44-46
• 3.4 兩臺虛擬同步發(fā)電機并聯(lián)運行仿真46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 系統(tǒng)硬件設計49-63
• 4.1 實驗結(jié)構(gòu)設計49-50
• 4.2 主電路設計50-52
• 4.2.1 光伏陣列直流源50
• 4.2.2 IPM功率模塊50-51
• 4.2.3 LC濾波電路51-52
• 4.2.4 三相負載52
• 4.3 控制電路設計52-60
• 4.3.1 DSP主控單元52-54
• 4.3.2 信號檢測電路54-55
• 4.3.3 過零檢測電路55-57
• 4.3.4 驅(qū)動電路57-58
• 4.3.5 保護電路58-60
• 4.3.6 輔助電源設計60
• 4.4 本章小結(jié)60-63
• 第五章 基于DSP的系統(tǒng)軟件設計63-73
• 5.1 CCS3.3 軟件介紹63-64
• 5.2 軟件設計總體思路64-65
• 5.3 主程序設計65
• 5.4 各功能子程序設計65-71
• 5.4.1 捕獲中斷程序66
• 5.4.2 ADC采樣程序66-68
• 5.4.3 虛擬同步發(fā)電機算法程序68-69
• 5.4.4 SVPWM調(diào)制程序69-70
• 5.4.5 死區(qū)時間設置70
• 5.4.6 定時器T1周期中斷程序70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-73
• 第六章 實驗結(jié)果及分析73-83
• 6.1 實驗硬件平臺調(diào)試73-75
• 6.1.1 過零檢測實驗73-74
• 6.1.2 信號檢測與調(diào)理實驗74
• 6.1.3 SVPWM調(diào)制實驗74-75
• 6.2 孤網(wǎng)模式下VSG特性實驗75-79
• 6.2.1 功頻調(diào)節(jié)特性實驗76-77
• 6.2.2 勵磁調(diào)節(jié)特性實驗77
• 6.2.3 轉(zhuǎn)動慣量作用實驗77-79
• 6.3 并網(wǎng)運行實驗79-81
• 6.4 本章小結(jié)81-83
• 總結(jié)與展望83-85
• 文參考獻85-89
• 致謝89-90
• 作者在攻讀碩士學位期間的研究成果90

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