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近年来,光伏等新能源大规模接入电网,使其在电网中渗透率增加,但是新能源电力电子装置几乎不含任何惯性和阻尼,为电力系统的频率、电压稳定性带来挑战。凭借模拟同步发电机外特性的优势,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)为并网逆变器提供了新思路。光伏虚拟同步发电机(Photovoltaic Virtual Synchronous Generator,PV-VSG)将VSG技术应用于光伏发电系统,对光伏发电系统的发展有重要的意义。现有PV-VSG多通过配备储能,改造传统光伏逆变器电路拓扑以实现VSG特性,但是储能装置与光伏系统的协调控制研究较少,对光伏波动功率的平抑效果差,未考虑光伏直流侧的动态特性。有功备用式PV-VSG的功率备用方式、VSG与最大功率跟踪的深入结合也未深入探究。针对上述问题,本文是在国家重点研发计划项目《分布式光储发电集群灵活并网关键技术及示范》(2016YFB0900300),国家自然科学基金项目《中压三电平永磁全功率风电变流器多目标优化及双模式并网控制研究》(51677049)等资助下,研究了储能式和有功备用式两种PV-VSG的控制策略、运行特性、并网性能和稳定性问题等。首先,介绍了本课题的研究背景及意义,综述了光伏发电系统和PV-VSG的拓扑结构和国内外研究发展现状。并探究了储能式PV-VSG基本控制策略,提出有功备用式PV-VSG控制方式。其次,详细研究了储能式PV-VSG的控制策略,针对共直流母线式PV-VSG,建立数学模型,提出共直流母线式PV-VSG的协调控制策略,可以平抑光伏功率波动,实现能量协调控制。此外,针对PV-VSG抑制谐波能力较差的问题,提出基于改进重复控制的并网电流控制策略,增强对电网的谐波抑制能力,并节省成本。再次,通过研究有功备用式PV-VSG的运行特性及备用方式,提出两种有功备用式控制方案,并作以对比分析。此外,针对方案一切换较慢,且不易获得最大功率点,提出一种插值拟合的改进对等式功率切换方案,可以快速确定最大功率点,减少切换时间;针对方案二由于滤波滞后及控制算法导致输出功率滞后,提出基于拉格朗日插值预测的改进对等式方案,实现对功率超前控制,减小了控制延时的影响。最后针对固定惯性PV-VSG在电网频率恢复中速度较慢,且浪费能量的问题,提出一种自适应惯性的有功备用式PV-VSG策略,可以加快频率恢复速度,又节省光伏能量。最后,搭建分布式光储集群实验平台,详细介绍了逆变器平台的硬件和软件系统结构,对储能式和有功备用式PV-VSG的相关策略进行验证,实验结果验证了所提策略的正确性。