电力结构调整使新能源并网逆变电源渗透率逐渐增加,由于电力电子器件缺乏惯性和阻尼,难以参与电网的频率和电压调节,给电网安全稳定运行带来了不可忽视的影响。因此本文采用虚拟同步发电机控制技术为并网逆变器提供虚拟惯性和阻尼,但是该控制下并网逆变器应对低电压的能力有限,故障下不脱网运行能力比较弱,若没有保护措施或合适的控制方案,将不得不从电网切除,从而导致大量的有功功率或无功功率缺额,进而引起电力系统电压的进一步下降,甚至引发整个电力系统的崩溃。针对以上问题,本文对并网虚拟同步发电机的低电压穿越策略进行了深入研究,改进模型预测算法,提高系统动态响应速度以适用于低电压穿越控制,对虚拟同步发电机低电压穿越控制方案进行分析设计,使其能够在电网电压跌落时一定时间内不脱网运行。本文主要研究内容如下:(1)对光伏电池的原理、最大功率点跟踪控制、储能超级电容器和DC/DC变换器控制进行研究和建模,并研究虚拟同步发电机的原理和控制策略,为逆变器型电源提供虚拟惯性和阻尼,在此基础上设计有功频率控制器和无功电压控制器使其具有参与电网调节的能力。为了分析惯性时间常数和阻尼系数对虚拟同步发电机动态响应和稳定性的影响,建立虚拟同步发电机转子运动方程的小信号模型,为参数选取提供了参考。(2)为了改进虚拟同步发电机的电流控制器,根据模型预测控制原理,设计模型电流预测控制器,利用三相逆变器在不同开关状态下的电流输出建立离散模型,并构建适合的性能指标函数来跟踪虚拟同步发电机控制给出的电流参考。此外,针对控制算法的误差原理,设计了误差补偿优化算法,提高模型电流预测控制器的性能。仿真结果表明,模型电流预测控制和误差补偿优化算法改善了虚拟同步发电机的输出特性,并且能够为电网提供一定的惯性支撑。(3)研究了电压暂降发生器、锁相环技术和电压跌落检测技术,设计了低电压穿越控制的电流限制环节和不对称故障时的负序电流抑制环节,当电网发生故障时,逆变器电流不越限且保持相对较好的电能质量,并且为电网提供一定的无功功率支撑。设计低电压穿越控制整体方案,虚拟同步发电机控制和低电压穿越控制根据电压跌落检测器信号相互切换。在低电压穿越期间虚拟同步发电机控制模块跟踪系统状态,使电压恢复瞬间的模式变换不会产生电流冲击,实现两种控制模式的平滑变换。最后对电压对称跌落和电压不对称跌落的低电压穿越控制进行仿真,验证了该方案的可行性。