基于VSG的储能PCS控制策略

1. 绪论

1.1 课题研究意义与背景

1.1.1 分布式发电的优势与挑战

• 分布式发电能够有效降低对环境的污染，减少输电线路的损失，提高供电可靠性，并具有多元化的能源利用类型。
• 然而，分布式发电的缺点也非常明显，包括缺乏可靠的备份系统、电能流向不稳定、维护和管理困难、初始投资成本高以及依赖本地资源和条件。

1.1.2 VSG技术的优势

• VSG技术能够改善分布式发电电网系统的稳定性，通过模拟同步发电机的惯量和阻尼特性，提高系统性能。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 储能方式发展现状

• 储能形式主要有化学储能、物理储能和电磁储能，各有优缺点。
• 当前用得较多的四种储能的工作特点包括抽水蓄能、电化学储能、电磁储能等。

1.2.2 虚拟同步发电机研究现状

• VSG技术通过调控直流侧的储能模块，使得并网逆变器的输出可以获得像同步发电机类似的工作特点。
• VSG技术的核心组成部分由主电路和控制系统两大模块组合而成，主电路主要由直流侧电压源、滤波电容、直流-交流逆变器和三相滤波电容器等组成。

1.3 储能系统运行现状

1.3.1 储能行业的发展

• 储能行业吸引了大量资本涌入，整体储能产业规模急剧扩张。
• 过热的投资也带来了产能过剩问题，市场低价竞争出现，行业洗牌危机加剧。

1.3.2 储能市场的变化

• 工商业储能崛起，液流电池起势，构网型储能的走红等成为行业“拨开迷雾”的关键。
• 储能电芯从280Ah到300+Ah迭代，液冷储能系统角逐。
• 储能出海，全球赛道酝酿新变化。
• 液流电池商业化提速。

2 PCS的建模及控制策略

2.1 PCS的拓扑结构

2.1 PCS的拓扑结构

• 单级型PCS和多级型PCS都有着典型拓扑结构，其拓扑结构分别如图2-1和图2-2所示。

2.2 功率变换器的数学模型

2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型

• 通过对并网逆变器建模，设计电压电流环路的PI控制器，实现了稳定逆变器输出电压，提高动态响应速度。

2.3 功率变换器的控制策略

2.3.1 内环控制方法

• 内环控制方法包括基于dq坐标系的PI控制方法。

2.3.2 外环控制方法

• 外环控制方法包括VSG控制环。

2.4 本章小结

2.4 本章小结

• 本章从学习与深入剖析PCS拓扑结构开始，利用PCS的拓扑结构对PCS的数学模型及常用控制策略进行了分析与研究，为后续PCS控制器的并网接入VSG调控的设计与调控程序的实现奠定基础。

3 VSG技术的研究与探讨

3.1 同步发电机的数学模型

3.1 同步发电机的数学模型

• 同步发电机的数学模型精准地刻画了VSG自身的机械与电磁特性，包括其惯性与阻尼等要素。

3.2 虚拟同步发电机的数学模型

3.2 虚拟同步发电机的数学模型

• 虚拟同步发电机的数学模型效仿同步发电机的转子运动方程，从而具有同步发电机的一样的特性。

3.3 虚拟同步发电机的控制策略

3.3 虚拟同步发电机的控制策略

• 虚拟同步发电机的控制策略包括底层控制、数学模型构建、VSG控制算法、稳定性分析及VSG在电力系统中的应用。

3.4 仿真模拟

3.4.1 Simulink仿真

• 通过Simulink仿真，验证了虚拟同步发电机本体和控制器中的几个关键参数，转动惯量、阻尼系数、调速器参数对于逆变器性能的影响。

3.5 本章小结

3.5 本章小结

• 本章通过研究VSG技术，探讨了其数学模型和控制策略，并通过仿真模拟验证了其效果，为基于VSG的PCS储能的应用奠定了基础。

结论

• 基于VSG的储能PCS控制策略能够实现分布式发电系统的稳定运行和高效利用，具有广泛的应用前景。

参考文献

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致谢

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