光储微网孤岛检测及基于VSG的并离网切换控制策略研究

作     者：杜明阳 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔祥新

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏-储能系统 微网 孤岛检测 并离网切换 虚拟同步电机 

摘      要：随着新能源产业的大规模发展,微网系统因其灵活高效的运行特性而得到广泛应用,微网的运行控制策略和安全性能要求逐渐提高,微网并网-孤岛双模式运行已成为基本要求。为了在微网系统发生故障时可顺利切换运行模式并减小对系统的冲击,本文将结合当前光伏-储能微网技术研究热点,对光伏-储能微网系统的孤岛检测和并-离网双模式切换控制策略进行研究,主要研究内容如下: 首先,分析光伏电池和储能单元的工作原理和功率特性,并建立了光伏-储能系统的MATLAB/Simulink模型,其中包括对光伏电池、MPPT最大功率跟踪、蓄电池-超级电容储能系统的仿真建模和动态分析。 其次,分析孤岛检测原理,结合经验小波变换和正反馈频率偏移法提出混合型孤岛检测策略,在MATLAB/Simulink中建立仿真模型并与传统正反馈频率偏移法对比验证其有效性;针对孤岛检测后的并-离网切换过程,分别分析PQ控制和V/f控制原理并在MATLAB/Simulink中构建PQ-V/f并离网切换策略仿真模型来评估其优缺点。 然后,针对PQ-V/f控制策略存在的缺陷,引入虚拟同步电机控制策略,设计虚拟同步电机控制器并加入预同步控制,结合光伏-储能直流部分在MATLAB/Simulink中建立虚拟同步电机控制的光储微网模型,仿真结果表明与传统PQ-V/f控制策略相比,虚拟同步电机控制具有切换速度快、切换过程平滑、功率和频率控制效果更佳的优势,但针对复杂工况时仍有不足之处。 最后,针对虚拟同步电机在复杂工况时有功、频率和电流波动过大等情况改进虚拟同步电机控制中转动惯量和阻尼系数的控制策略,将自适应协调控制改进后引入转动惯量和阻尼系数的控制过程,利用MATLAB/Simulink平台建立改进自适应转动惯量和阻尼系数的虚拟同步电机仿真模型,仿真结果表明该模型显著提升了虚拟同步电机在输出有功功率、电流和频率稳定性方面的优势,从而证明了改进自适应转动惯量和阻尼系数的虚拟同步电机控制策略的高效性和实用性。