摘 要

随着我国家经济不断进步，人们对于电的需求增加，而电力行业也在不断发展的同时，我国的新能源发电技术也在迅猛发展，其中具有代表性质的便是光伏发电，光伏发电所带来的好处很多，然而，随着发电系统的发展，电力系统向电力电子倾斜，这种情况改变了能源系统缺乏影响其稳定性的惯性。为了解决这一问题，VSG技术为保证能源系统的稳定提供了有效的解决方案。本文是基于VSG的光伏逆变控制技术的研究，以同步发电机为主要研究对象，针对其并网运行时逆变技术的研究，研究同步发电机的建模、仿真以及参数设计控制等。

首先，本文介绍了VSG的基本组成及基于VSG的光伏发电系统，分析了VSG的主拓扑图结构，分别介绍不同模块算法模型，电气方程模型，在论述VSG的控制原理。

其次，对于虚拟同步发电机中主要模块进行建模，包括其电气部分建模、转子部分建模以及VSG整体控制建模。在所建立的模块上对于输出特性进行分析，使用的是MATLAB中的simulink平台进行搭建。

然后，逆变器是采用三相电压型逆变器，其效率是主要问题。在UPS、发动机或新能源生产的任何领域，对逆变器效率的期望都非常高，就逆变器的分类做一个简单说明，提供电压型逆变器拓扑结构，简介其特点，为逆变器的并网运行控制仿真提供技术参考。

最后，在前文数学模型介绍以及各部分模型介绍基础上，搭建仿真模型，约束给定条件，将仿真结果波形图与预期值进行比较，得出相应的结论。

关键词：光伏发电；虚拟同步发电机；两电平逆变器；并网运行

Abstract

With the continuous progress of our country's economy, people's needs for electricity has increased, while the power industry is constantly expanding, China's new energy power generation technology is also growing rapidly, among which the representative is photovoltaic power generation, which brings many benefits. Nevertheless, the opportunity of power generation systems is becoming better, the power system is inclined to power electronics. It makes the power system incline to power electronics, which changes the lack of inertia that affects the stability of the energy system. For the problem, VSG technology supplies an available solution for guaranteeing the stability of energy system. As the research of VSG-based photovoltaic inverter control technology.Taking synchronous generator as the main research object, aiming at the research of its grid connected operation inverter technology, the modeling, simulation and parameter design control of synchronous generator are studied.

Firstly, this article presents the basic formation of Virtual synchronous generator and the photovoltaic power generation system based on Virtual synchronous generator, analyzing the topology structure of VSG, introduces different module algorithm models, electrical equation models, and discusses the control principle of VSG.

Secondly, the main modules of VSG are modeled, including the electrical part, the rotor part and the whole VSG control model. The output distinguishing feature of the modules are analyzed, and the Simulink platform in MATLAB is used to build.

Then, the inverter is a three-phase voltage inverter, its efficiency is the main problem. In any field of UPS, engine or new energy production, the expectation of inverter efficiency is very high. This paper makes an uncomplicated description on the sorts of inverter, provides the topology formation of voltage type inverter, introduces its distinguishing feature, and provides technical reference for the grid connected operation control emulation of inverter.

Finally, based on the introduction of the previous mathematical model and the introduction of various model, build a simulation model , the given conditions are constrained, After receiving the simulation results，in comparison with the expected values, and drew the conclusions.

Keywords: Photovoltaic power generation; Virtual synchronous generator; Two level inverter; Grid connected operation

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第2章 VSG技术 4

2.1VSG的模型建立 4

2.1.1VSG主拓扑图 4

2.1.2VSG算法模型 5

2.1.3VSG定子电气方程模型 6

2.2VSG的控制原理 7

2.2.1有功和频率控制 8

2.2.2励磁控制 10

2.2.3电压电流双环控制 12

2.3 本章小结 13

第3章 并网逆变器的研究 14

3.1光伏发电系统 14

3.1.1光伏发电系统的优势 14

3.1.2基于VSG的光伏发电系统 14

3.2VSG的运行控制模式 15

3.2.1电压控制模式 15

3.2.2电流控制模式 15

3.3逆变器的结构及工作原理 15

3.4电压型逆变器 17

3.4.1电压型逆变电路 17

3.4.2三相光伏并网逆变器的数学建模 18

3.5本章小结 20

第4章 系统仿真及结果分析 21

4.1系统参数设定 21

4.2电气部分建模 21

4.3转子部分建模 23

4.4 VSG整体控制建模 24

4.5 本章小结 27

第5章 总结与展望 28

1.工作总结 28

2.工作展望 28

参考文献 30

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

随着社会经济的进步与发展，人们对于能源的需求日益增多^[1-3]，在社会发展中能源也起着十分重要的作用，但常规化石能源的库存已大大减少，无法满足人类社会可持续发展的需要，环境危机和能源短缺要求可再生能源发电，因此清洁能源就被提上了台面，受到人类的欢迎。风能和太阳能是两个丰富的资源，将在实现目标中发挥关键作用，在这种情况下，风能和太阳能将上升到前所未有的高份额。在其中，太阳能作为代表，干净无污染且又几乎是无限储量，相应的光伏发电所带来的电能也是对缓解能源危机具有重要意义，而电力作为清洁能源代表，关乎人类共同体的幸福。

中国目前早已安装光伏横条130.25GW，在全球排名第一。而作为地球上一种普遍存在的绿色能源，太阳能是有很多优点的。首先，太阳能相对其它能源来说是无穷的，是地球上大部分能源的提供者。其次，太阳能在任何地区都是可以利用的，相对来说，在一些交通不便，经济发展不好的地区太阳能更为丰富，更具利用价值。再次，太阳能的利用不会对环境有影响的。故光伏发电技术也是在近年来越来越受到大家的欢迎，其主要形式有两种：一种是光-热-电转换方式，是利用太阳能辐射产生的热能来发电，另一种是光-电直接转换方式，是利用光电效应把太阳辐射能直接转换为电能^[4-5]。近年来，大量基于可再生能源的分布式发电装置，例如光伏发电站被集成到常规电力系统中。