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日 , ３９ 　
１３ 　２０１５ ７ １０ Vol．３９No．１３Jul１０２０１５ y : /
DOI１０．７５００AEPS２０１４０９０１００７ 虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置 １ １ １ ２ ２ , , , , 曾 正 邵伟华 冉 立
吕志鹏 李 蕊 , ; , １．输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 重庆大学
重庆市 ４０００４４ ２．中国电力科学研究院 北京市 １００１９２ : , 摘要 为了更好地将可再生能源接入配电网 针对并网逆变器的虚拟同步发电机 VSG 控制技术 . , , 、 进行了研究 详细分析了VSG的数学模型和控制策略 在不同惯性和阻尼参数条件下 分过阻尼 , 、 欠阻尼和临界阻尼 种情况 提出了 附加储能单元优化配置的功率 能量和动态响应时间三 ３ VSG . : , , 大指标参数 结果表明 为了模拟同步发电机的惯性和阻尼 VSG需配置一定量的储能单元 其最 , 小功率需求为所需要平抑的可再生能源波动功率的幅值 而其最小能量需求和动态响应时间均为 .
, , 与 惯性和阻尼参数相关的简洁表达式 最后 利用一台 的 样机 验证了所提模 VSG ５０kVA VSG 型和控制策略的正确性和有效性. : ; ; ; ; 关键词 可再生能源 配电网 并网逆变器 虚拟同步发电机 储能 优化配置 ,
０　引言 和阻尼特性 且能自治运行并参与电网电压和频率 . , 的调节 因此 若能将可再生能源并网单元虚拟为 , 作为集中式风光电站的有效补充 可再生能源 , 同步发电机 可以在很大程度上解决主动配电网所 [ ] １Ｇ２
的分散接入受到了越来越多的关注
.大量可再 . , 面临的诸多新问题和新挑战 基于这一思想 近年 ,
生能源分散地接入配电网 给配电网带来了崭新的 , 来 在传统可再生能源并网逆变器的直流侧引入适 [] ２ , .
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转动惯量对虚拟同步发电机性能的影响
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转动惯量对虚拟同步发电机性能的影响
官方公共微信考虑储能系统的虚拟同步发电机研究--《济南大学》2015年硕士论文
考虑储能系统的虚拟同步发电机研究
【摘要】：随着分布式电源技术的发展,大量的新能源分布式电源接入电网。但是分布式电源所采用的并网技术一般比较落后,大多采用电压锁相环或最大功率跟踪等并网方式。这些传统方法并入电网的功率极有可能是垃圾功率。分布式电源系统功率的单向流动性以及高频特性,在电网中分布式电源渗透水平较高或者是同步发电机缺失的条件下,会使整个电网系统惯性缺失,最终会导致电网系统难以抵御电力系统中常见的高频干扰,从而使系统稳定性降低。本文在充分了解同步发电机并网原理的基础上,掌握了逆变器向同步发电机等效过程。重点研究虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)算法的机电方程,分析其具体工程实现方法。绘制算法实现框图,并通过仿真的手段验证建模的有效性以及实现的可行性。并参照同步发电机的控制原理,研究设计相应的功频控制器和励磁电压控制器。并设计了一种通过改变机械功率输入而调节逆变器输出电压相位的预并列控制单元,能够在不进行变压器隔离的情况下,实现变流器快速平滑的并网。研究了铅酸蓄电池的充放电特性,并确定蓄电池单元的建模方法。在此基础上选择合适的双向DC-DC电路,用于实现逆变器直流侧与储能电池间双向快速的功率流动。通过充分考虑储能系统的特性,以及充放电深度对铅酸蓄电池寿命的影响,提出了一种既能保证系统并网后对电网频率和电压的有效调控,又能有效的保护蓄电池的协调控制策略,使其能够满足运行的经济性。为了更加充分地说明控制策略的优越性,建立了蓄电池的寿命损耗模型,把蓄电池运行过程的寿命消耗进行量化。本文通过对虚拟同步发电机的传统功频下垂控制器进行改进,设计得到一种变下垂系数的虚拟同步发电机功频控制器。其以电池的实时荷电状态(State of Charge,SOC)和运行工况作为输入量,在虚拟同步发电机系统并网运行的过程中,动态地调整功频控制器的下垂系数,从而间接控制系统出力。改进后的变下垂系数控制方法能够在蓄电池即将过充或过放的情况下,对系统并网出力进行调整,最终能够有效抑制过充和过放的发生。本文充分考虑蓄电池侧储能系统的设计,将储能侧的相关特性与逆变器侧的逆变并网有效的结合起来,而不是像之前虚拟同步发电机的相关研究一样,将直流侧忽略或者理想化。整个系统适用性强,非常有利于工程实现。在上述工作的基础上,利用Matlab/Simulink进行系统仿真,构造了整个虚拟同步发电机并网系统的仿真模型,验证了本文所构造系统各部分的性能。仿真结果表明,其能够在满足运行经济性的前提下,有效地参与微电网电压和频率的智能调控。
【关键词】：
【学位授予单位】：济南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TM31【目录】：
摘要7-9Abstract9-11第一章 绪论11-17 1.1 选题的背景和意义11-12 1.2 国内外研究现状12-15
1.2.1 并网控制问题研究现状12-14
1.2.2 储能系统研究现状14-15 1.3 本文所做的主要工作15 1.4 本文的创新点15-16 1.5 本章小结16-17第二章 虚拟同步发电机研究与实现17-27 2.1 同步发电机相关特性分析17-18 2.2 虚拟同步发电机原理18 2.3 虚拟同步发电机模型18-21 2.4 虚拟同发电机控制器设计21-26
2.4.1 虚拟功频控制器21-23
2.4.2 虚拟励磁电压控制器23-25
2.4.3 预并列控制器设计25-26 2.5 本章小结26-27第三章 蓄电池储能系统相关研究与设计27-37 3.1 铅酸蓄电池单体建模27-31
3.1.1 蓄电池单体建模27-28
3.1.2 电池单体模型参数确定28-29
3.1.3 蓄电池模型验证29-31 3.2 蓄电池寿命模型31-34
3.2.1 蓄电池寿命模型建立31-32
3.2.2 蓄电池寿命模型参数确定32-34 3.3 直流侧储能系统设计34-35
3.3.1 储能侧功率交换电路设计34
3.3.2 储能侧控制策略34-35 3.4 本章小结35-37第四章 储能与虚拟同步机协调控制方法研究37-49 4.1 储能与虚拟同步发电机并网协调控制方法37-41
4.1.1 虚拟同步发电机算法有功出力分析37-38
4.1.2 变下垂系数功频控制器38-41 4.2 协调控制方法运行仿真分析41-47
4.2.1 传统控制方法仿真41-43
4.2.2 变下垂系数协调控制策略仿真43-45
4.2.3 蓄电池寿命消耗仿真45-47 4.3 本章小结47-49第五章 整机系统并网仿真与分析49-65 5.1 系统惯性输出特性仿真50-51 5.2 系统调控性能仿真51-58
5.2.1 频率调控性能仿真51-55
5.2.2 电压调控性能仿真55-58 5.3 储能侧充放电特性仿真58-60
5.3.1 变流器直流侧电压稳定性分析58-60
5.3.2 蓄电池侧充放电测试60 5.4 预并列单元性能测试60-63 5.5 本章小结63-65第六章 结论与展望65-67参考文献67-71致谢71-73附录73
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【参考文献】
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出门在外也不愁虚拟同步电机配电网应用项目在中新生态城启动
　　天津广播网3月12日消息：3月11日，记者从国家电网天津电科院了解到，虚拟同步电机在配电网中应用项目在中新天津生态城正式启动建设，天津电力将以此为支撑打造国内清洁能源消纳示范。
　　据了解，虚拟同步电机项目利用电力电子技术，使分布式电源从外特性上模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，从而改善分布式电源的稳定性，实现具有波动特性的风力发电、光伏发电等清洁能源与各级电网同步运行，为构建全球能源互联网、支撑清洁能源多级消纳提供技术支撑。项目在中新天津生态城落地建设示范工程，重点针对虚拟同步电机接入电网面临的阻抗适应性、电能质量、追踪电网等方面问题，开展虚拟同步发电机接入配电网的控制与保护技术研究，建成虚拟同步电机示范工程。目前已完成在生态城动漫园区的现场调研工作，将编制虚拟同步电机接入生态城配电网工程建设方案，加快项目落地实施进度，打造国内清洁能源消纳示范。(新闻广播记者李姗 吴磊 张扬)
天津广播电视台&& 21:19
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