PDF《负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制》

负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制 胡文强,吴在军,窦晓波,胡敏强 ( 东南大学电气工程学院,江苏省南京市

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9 6 ) 摘要:负荷虚拟同步机( L V S M) 是一种电网友好型负荷并网接口, 但其本身不具备低电压穿越能 力.

为此, 文中提出一种适应电网对称与不对称故障的 L V S M 低电压穿越控制方法.首先, 提出 L V S M 的统一拓扑及其基本控制策略.在基本控制策略的基础上增加电网电压正序分量提取、 低 电压穿越检测、 功率指令变更策略、 故障期间使能的负序电流抑制、 故障期间电流环输入限幅5个 环节, 实现电网故障短时间内 L V S M 不脱网、 负荷稳定运行, 并最大限度地为电网提供无功支撑. 由于 L V S M 在故障期间保持惯性功率控制, 故障结束后功率振荡平滑且有惯性, 可有效减轻对电 网的暂态冲击.硬件在环实验验证了所提低电压穿越控制方法的有效性. 关键词:负荷虚拟同步机;

低电压穿越;

无功支撑;

惯性支撑 收稿日期:

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修回日期:

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1 4. 上网日期:

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2 8. 国家电网公司科技项目( P D

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0 引言 随着分布式电源和整流型负载的大量分散接 入, 电力系统中电力电子设备所占比重越来越大, 导 致系统整体阻尼与惯量水平下降, 给系统的稳定可 靠运行带来了不可忽视的影响.传统电力系统中的 电源( 同步发电机) 和负荷( 同步电动机) 都能自主参 与系统的运行和管理, 并在系统频率/电压、 有功/无 功异常情况下做出响应.这主要得益于源、 网、 荷具 有同步的频率, 在电源、 电网或负荷出现扰动时, 依 靠三者之间的同步机制实现耦合, 以抵御外部扰动 对系统的干扰.如果使分布式电源和负荷分别模拟 同步发电 机和同步电动机的特性, 自然可以实现 源―网―荷 自治 运行和主动管理[ 1] .基于这种思路,有学者提出虚拟同步发电机(virtualsynchronousg e n e r a t o r , V S G) [

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5 ] 的概念, 使基于逆 变器并网的分布式发电系统模仿传统同步发电机的 输出特性, 为电力系统提供虚 拟惯性与阻尼支撑. 目前 V S G 的研究主要集中于建模分析[

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7 ] 、 参数整 定[

8 G 9] 等理论分析, 以及探讨在光伏电站[

1 0 ] 、 交直流 微电网[

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1 2] 、 高压直流输电[

1 3] 等多种场景的应用. 相比 于VSG的研究, 负荷虚拟同步机(loadvirtualsynchronousmachine,LVSM) 的研究尚处于起步阶段.文献[

1 4 ] 首次提出模拟同步电动机特 性的三相脉宽调制( PWM) 整流器, 可运行于定功率 与定直流电压两种模式, 并能够实现单位功率因数 运行, 具有较好的电能质量.文献[

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1 7 ] 将LVSM应用于电动汽车( e l e c t r i cv e h i c l e , E V) 充电, 不但能 够满足用户充电需求, 还可参与电网调频、 调压服 务, 并提高快充接口的惯性和阻尼, 起到了 E V 和电 网之间 的柔性缓冲作用. 已有研究结果表明, L V S M 是一种可以实现 源―网―荷 自治运行和主 动管理的电网友好型负荷并网接口, 该方面的研究 与应用是实 现下一代智能电 网― ― ―自主电力系统(autonomousp o w e r s y s t e m s , A P S ) 的重要环节[

1 8] . 当前, 在VSG与LVSM低电压穿越控制方面 的研究主要集中于 V S G.文献[