光伏VSG-基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器系统（Simulink仿真）-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_57231208/article/details/147110011

💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥

🏆博主优势：🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密，逻辑清晰，为了方便读者。

⛳️座右铭：行百里者，半于九十。

📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

光伏VSG-基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器系统研究

一、光伏并网逆变器系统的主要构成

二、虚拟同步发电机（VSG）技术的核心原理

三、光伏VSG系统的控制策略

四、VSG与传统逆变器的技术差异

五、光伏VSG系统对电网稳定性的作用

六、研究现状与挑战

七、未来研究方向

总结

📚2 运行结果

2.1 案例1

2.2 案例2

🎉3 参考文献

🌈4 Simulink仿真实现

💥1 概述

光伏VSG-基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器系统研究

光伏VSG（虚拟同步发电机）是一种基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器系统。该系统利用虚拟同步发电机控制策略，将光伏发电系统与电网连接，并实现稳定的功率注入和电网协调。

光伏VSG系统的核心是逆变器，它将太阳能光伏阵列的直流功率转换为交流电，并与电网进行连接。在光伏VSG系统中，逆变器具有与虚拟同步发电机类似的功能，即在电力系统中模拟同步发电机的行为。

为了实现光伏VSG系统的控制，需要考虑两个关键方面：电压控制和频率控制。

电压控制：光伏VSG系统需要通过控制逆变器的输出电压来实现与电网的电压匹配。这样可以确保逆变器注入电网的电压与电网本身的电压保持一致，以维持电网的稳定运行。

频率控制：光伏VSG系统的频率控制用于实现与电网的频率同步。通过控制逆变器的输出频率，可以使光伏VSG系统与电网保持同步，并确保光伏发电系统有效地注入电网，并参与电网的频率调节。

光伏VSG系统的优势在于其灵活性和响应性。通过虚拟同步发电机控制策略，光伏VSG系统能够在电网故障或变化的情况下快速响应，并保持稳定的发电和注入功率。同时，光伏VSG系统还能够提供无功功率支持和电网调节功能，提高电网的稳定性和可靠性。

光伏VSG-基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器系统的研究旨在探索和优化虚拟同步发电机控制策略，以实现光伏发电系统与电网的高效且可靠的集成。这项研究在光伏发电系统的可持续发展和电力系统的智能化升级方面具有重要意义。

该系统由光伏电池模块（采用MATLAB自带光伏模块）、MPPT（最大功率点跟踪）控制模块、升压模块、VSG（变频器）控制模块和电流滞环控制模块组成。

光伏电池模块利用MATLAB自带的光伏模块，将太阳能转化为电能。MPPT控制模块负责实时监测光伏电池模块的输出功率，并通过调整工作点，确保光伏电池的输出功率达到最大值。

升压模块将光伏电池模块输出的低电压升高到所需的电压水平，以满足系统的电能需求。VSG控制模块用于控制变频器，使其输出所需的电压和频率，以适应不同的负载需求。

电流滞环控制模块是为了确保系统的稳定性和安全性，通过控制电流的稳定性来避免过流现象的发生。

一、光伏并网逆变器系统的主要构成

光伏并网系统由以下核心组件构成：

光伏阵列：由多个光伏电池组件串联或并联组成，通过光生伏打效应将太阳能转换为直流电。
逆变器：
- 电压型逆变器：采用电力电子开关器件（如IGBT）和PWM技术，将直流电转换为与电网同频同相的交流电。
- 功能扩展：在VSG系统中，逆变器需集成虚拟同步发电机算法，模拟同步机的惯性和阻尼特性。
控制器：
- MPPT控制：通过扰动观察法或改进算法实现最大功率点跟踪。
- VSG控制环：包括有功-频率控制（模拟调速系统）和无功-电压控制（模拟励磁系统）。
储能系统（可调度式系统）：
- 储能变流器（PCS）与电池配合，提供能量缓冲和惯性支撑，解决光伏发电的间歇性问题。
保护装置：实现过压、过流保护和孤岛检测。

二、虚拟同步发电机（VSG）技术的核心原理

数学模型：
关键特性：
- 虚拟惯性：模拟同步机的动能存储能力，抑制频率突变。
- 一次调频/调压：通过下垂控制参与电网调节。
- 动态响应优化：通过参数自适应（如J和D的动态调整）平衡系统稳定性与响应速度。

三、光伏VSG系统的控制策略

基本控制架构：
- 电压型VSG：直接控制输出电压幅值和相位，适用于孤岛模式。
- 电流型VSG：控制输出电流，适用于并网模式，通过功率下垂特性参与调频。
改进策略：
- 自适应惯量与阻尼：根据电网频率变化率（RoCoF）动态调整J和D，避免过调。
- 混合控制模式：在并网/孤岛模式间无缝切换，结合储能系统的能量管理。
- 低电压穿越（LVRT） ：通过虚拟阻抗和电流限幅技术，在电网故障时维持同步。
仿真验证：
- 采用Simulink模型验证控制策略有效性，例如：加入VSG后，光照突变引起的功率波动速率降低40%，频率偏差减少50%。

四、VSG与传统逆变器的技术差异

特性	传统逆变器	VSG逆变器
惯性支持	无	通过虚拟惯量模拟同步机动能
调频能力	仅依赖下垂控制，响应速度慢	具备一次调频能力，动态响应更快
抗扰动能力	易受电网频率突变影响	虚拟阻尼抑制振荡，提升暂态稳定性
并网兼容性	需依赖锁相环（PLL）	无锁相环设计，通过虚拟转子角同步
过载能力	电力电子器件限制，耐过流能力差	通过储能系统提供短时过载支撑

五、光伏VSG系统对电网稳定性的作用

频率稳定性：
- 抑制RoCoF：在负荷突变场景下，虚拟惯量使频率变化率降低30%-50%。
- 参与一次调频：通过功率-频率下垂特性主动调整输出，减少稳态频率偏差。
电压稳定性：
- 无功-电压下垂控制：在电网电压跌落时提供无功支撑，电压恢复时间缩短20%。
- 低电压穿越：在电网故障期间维持并网，避免脱网。
暂态稳定性：
- 储能系统与VSG协同：在故障后1-2秒内释放储能能量，平衡功率缺额。
- 抑制功角失步：通过虚拟阻尼降低多机并联系统的振荡幅度。

六、研究现状与挑战

当前进展：
- 参数优化：采用粒子群算法（PSO）优化VSG的PI参数，频率恢复时间减少15%。
- 多机协同：通过主从控制或分布式算法实现多VSG并联的功率均分。
- 光储联合系统：储能容量配置优化，提升经济性与可靠性。
技术挑战：
- 功率耦合：有功/无功控制环间的耦合影响动态性能。
- 复杂场景适应性：局部阴影导致光伏多峰值特性，MPPT与VSG协同困难。
- 硬件限制：电力电子器件过流能力与同步机模型的矛盾。