微网集成与控制技术

微网集成与控制技术

    近年来，由于能源、环境、技术等因素，新能源领域得到广泛的关注和发展，分布式电源在电力系统的渗透率不断提升，与此同时，传统的同步发电机装置比例逐渐降低，电力系统的旋转备用容量及转动惯量相对减少。由于一次能源具有间歇性及不可控性，且常规的分布式并网发电控制较多采用电力电子并网逆变器模式，该模式并未体现常规电力系统固有的惯性及调频调压控制特性，这使得电网稳定性问题越发严峻。在常规的电力系统中，系统频率、电压的动态特性与发电机转动惯量及系统调频调压控制有关。而在基于电力电子逆变器并网的分布式发电系统中，若借助配备的储能环节，并采用适当的并网逆变器控制算法，使基于并网逆变器的分布式电源从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，从而改善分布式系统的稳定性，这就是所谓的虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator）控制。

    虚拟同步发电机的本质是通过控制逆变器模拟同步发电机的工作原理，从而获得类似同步发电机的运行特性，其基本拓扑结构如下图

图中，eabc=[ea,eb,ec]T,uabc=[ua,ub,uc]T,iabc=[ia,ib,ic]T，分别为VSG三相输出端电压、感应电动势与并网电流；Rs和Ls分别为虚拟的定子电枢电阻与同步电感；Pe与Qe分别为VSG输出的有功功率与无功功率。

    由图可知，VSG主要包括主电路与控制系统。其中，主电路为常规的并网逆变器拓扑,包括直流电压源(可视为原动机)、DC/AC变换器及滤波电路等(对应同步发电机的机电能量转换过程)；控制系统是实现VSG的核心，其主要包括VSG 本体模型与控制算法,前者主要是从机理上模拟同步发电机的电磁关系与机械运动，后者则主要从外特性上模拟同步发电机的有功调频与无功调压等特征。

                                虚拟同步发电机的控制策略

有功功率P波形

无功功率Q波形

逆变器输出电压

逆变器输出电流