PDF《虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略》

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a e p s G i n f o . c o m 虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略 张辉1,

2 ,王帆1 ,李晓强1 ,杨帆1 ,张倩1 ( 1. 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西省西安市

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4 8;

2. 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室,清华大学,北京市

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8 4 ) 摘要:在逆变器中加入转动惯量和阻尼, 实现虚拟同步发电机( V S G) 控制, 可在兼顾本地负载平滑 切换的同时提高交流母线频率稳定性.V S G 并联按其容量配比对负载进行合理分配, 但阻抗不同 会对并联造成稳态误差, 同样会影响动态性能.提出一种基于虚拟阻抗的并联 V S G 控制方法, 对 励磁环节进行改进, 实现对交流母线电压的控制, 分析有功功率和无功功率运行特性;

加入虚拟阻 抗并得出阻抗匹配原则, 分析虚拟阻抗在暂态过程中的效果.在MAT L A B / S i m u l i n k中和实验台 架上进行了两台 V S G 并联仿真和实验, 结果表明, 提出的控制策略可以抑制投切过程中的频率波 动, 提高 V S G 并联的稳定性. 关键词:虚拟同步发电机;

虚拟阻抗;

稳态;

暂态过程;

阻抗匹配 收稿日期:

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修回日期:

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0 5. 上网日期:

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2 2. 国家自然科学基金资助项目(

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4 0 ) ;

陕西省重点研发计 划资助项目(

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0 0 3) ;

陕西省自然科学基金资助项目(

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0 0 ) .

0 引言 再生能源在电力系统中渗透率逐渐提高[

1 G 3] 的 同时, 也带了一些新的挑战.传统的无源网络结构 发生了变化, 能量由单向流动变为了双向流动, 并且 由于电流型逆变器不能为电网提供电压 和频率支 撑, 增加了控制难度, 影响电网稳定性, 而电压型逆 变器的 下垂控制在控制和通信上存在一定的优势[ 4] , 因此如何引入电压型逆变器是亟待解决的问题. 由于风光发电的不可控性, 需要加入储能环节 以实现平衡功率的要求.分布式电源通常采用电力 电子变换的方式接入电网, 与传统同步发电机发电 相比较, 变换器没有转动惯量和阻尼系数, 且输出阻 抗小, 在功率不平衡时会导致频率变化过快并产生 波动[ 5] , 因此虚拟同步发电机( v i r t u a ls y n c h r o n o u s g e n e r a t o r , V S G) 应运而生[

6 G

9 ] .V S G 对外呈现出同 步发电机外特性, 可在离网模式下提供电压和频率 支撑, 是一种电网友好型电力电子设备.针对 V S G 并联中的功率分配问题, 文献[

1 0] 借鉴有功功率― 频率控制环, 对无功功率―电压环进行改进, 加入积 分控制器, 消除并联稳态过程中线路阻抗对无功功 率的影响, 但是没有考虑暂态稳定性;

文献[

1 1 ] 在功 频环节中加入角频率前馈量, 实现不同运行模式下 的切换, 通过建立小信号模型和几个约束条件来实 现参数对动静态特性的优化, 但实现方法较为复杂;

文献[

1 2 ] 在传统下垂控制中引入功率与下垂系数的 函数项, 改善了动态调节性能, 但本质上没有消除线 路阻抗造成的稳态误差;

文献[

1 3] 提出一种新型多 环控制策略, 可参照外接电感对虚拟电抗进行选取, 但同样未涉及并联 V S G 虚拟阻抗的配置原则;

文献[

1 4 ] 针对逆变器并联功率分配, 研究了虚拟阻抗 配置, 实现了合理的功率配置, 但没有分析对暂态过 程的影响;