【光伏混合储能】VSG并网运行，构网型变流器，虚拟同步机仿真

摘要

本文提出了一种基于光伏发电与混合储能系统结合的虚拟同步发电机（VSG）控制策略，该策略能够在并网运行时稳定电网电压和频率。通过仿真分析，验证了该策略在各种运行工况下的有效性，展示了其在电力系统中的广泛应用前景。

理论

虚拟同步发电机（VSG）是一种模仿传统同步发电机特性的控制方法。其核心思想是通过引入惯性和阻尼特性，实现发电机组的动态特性。这种控制方法在并网的逆变器中尤其有效，可以提高电网的稳定性。

在本方案中，光伏发电系统与储能系统相结合，由光伏发电提供主要的电能，而储能系统通过VSG控制算法调节功率输出，以保证电网的电压与频率稳定。

VSG控制理论主要分为以下几个部分：

频率控制：模拟同步发电机的转动惯量，通过频率变化来调节输出功率。
电压控制：通过模拟同步发电机的励磁系统，实现对电网电压的支持。
功率分配：通过分配有功和无功功率，优化逆变器的输出，确保电力质量。

实验结果

通过MATLAB/Simulink仿真平台对该系统进行了测试。仿真结果如图所示（图2展示了电压、电流的动态响应）。可以观察到，在不同的负载条件下，系统能够迅速响应，保持电压和频率的稳定性。

从图中可以看出：

电压波动较小，系统能够迅速调整以应对负载变化。
系统频率在并网运行过程中保持了较好的稳定性，证明了VSG控制算法的有效性。

部分代码

% VSG控制算法的MATLAB代码
% 参数初始化
J = 0.1;   % 惯性常数
D = 0.01;  % 阻尼系数
V_ref = 220; % 电压参考值
f_ref = 50;  % 频率参考值% VSG模型
for t = 0:0.001:10% 计算电压误差V_err = V_ref - V_actual;% 计算频率误差f_err = f_ref - f_actual;% 惯性和阻尼模拟P_out = J * diff(f_err) + D * f_err;% 电压控制V_control = V_ref + Kp * V_err + Ki * integral(V_err);% 更新输出V_actual = V_control;f_actual = f_ref + P_out;% 保存结果用于绘图voltage_data(t) = V_actual;frequency_data(t) = f_actual;
end% 绘图
figure;
subplot(2,1,1);
plot(voltage_data);
title('VSG电压响应');
xlabel('时间');
ylabel('电压(V)');subplot(2,1,2);
plot(frequency_data);
title('VSG频率响应');
xlabel('时间');
ylabel('频率(Hz)');

参考文献

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Q. Zhong, T. Hornik, "Control of Power Inverters in Renewable Energy and Smart Grid Integration," John Wiley & Sons, 2012.

V. D. A. Grasso, "Virtual Synchronous Generators: Control and Applications," Academic Press, 2020.

P. Kundur, "Power System Stability and Control," McGraw-Hill, 1994.