摘要：分布式发电是指发电功率最高可达数百兆瓦的模块化发电单元。本文结合虚拟同步发电机技术原理，通过分析分布式发电中电流控制型和电压控制型虚拟同步发电机技术的具体应用，以期提高电网稳定性，提升电能传输安全性。
关键字：分布式发电；虚拟同步发电机技术；电流控制
引言：科学技术的快速发展，拓展了分布式发电的应用领域。传统的分布式发电采用并网逆变器模式进行电能传输控制，控制模式稳定性较低。虚拟同步发电机技术在原有控制模式基础上，增加了控制算法，提高了控制模式稳定性，加强了发电系统的可靠性。
1虚拟同步发电机技术原理
1.1控制系统频率
电力系统在进行电能传输的过程中，受到不同因素影响会产生输入和输出功率变化，利用虚拟同步发电机技术进行频率控制，以实现频率的无差别调节。调节过程如下：当系统负荷受到影响出现功率不平衡情况时，首先，利用虚拟同步发电机自身的惯性作用，减缓系统功率变化速度；其次，根据原电力系统频率偏移量，将同步发电机输入功率进行调整，改变同步发电机的运动频率，抑制电力系统的频率变化；最后，利用系统自动调频装置改变电力系统的相关数值，将电力系统频率调整至合理范围内。
1.2控制系统电压
电力系统在电能传输过程中，受到电磁作用影响，会出现电压变化，利用虚拟同步发电机技术进行电压调整，使系统电压控制在合理范围内。其调节过程与频率调节过程类似，当系统出现负荷变化，导致线路电压出现变化时，利用同步发电机进行电压偏移量调整，使原电力系统电压保持在稳定范围内。
2分布式发电中虚拟同步发电机技术的具体应用
2.1电流控制型
2.1.1 VSG技术
VSG技术主要通过控制逆变器来达到模拟同步发电机的目的[1]。 VSG技术核心由主电路系统和控制系统构成。主电路选择LCL滤波器的逆变电路，电能储备装置选择直流电压源。在对电力系统进行控制的过程中，利用电力系统现有数据构建虚拟惯量，在构建完成后通过控制系统下发调频功率指令，利用电流闭环收集运行数据，以此模拟同步发电机转子惯性和电力系统的调频特性。例如，在电力系统中并联VSG，观察电力系统中功率的变化情况，根据情况进行合理的功率分配。当电力系统出现运行故障时，VSG对直流电能通过量进行控制，减少VSG中线路阻抗，实现电力系统频率的快速修复。VSG技术通过将功率传输进行线性化方程计算，结合设备的灵活性来提高电力系统的稳定性。在实际应用过程中，操作者需要了解VSG属于电子结构，运行参数相对复杂，需要仔细了解目标电力系统参数与VSG运行参数适应性之后，再进行方案设计，避免设计不完善造成的电力系统运行故障。
2.1.2 VISMA技术
VISMA技术是通过模拟同步发电机的励磁调节原理来真实反馈同步发电机的工作流程。假定电力系统处于理想工作状态，不会受到磁能饱和或运转损耗的影响，可以得出理想状态下的发电系统的电气方程：Eabc=Uabc+RsIabc+Lsdiabc/dt。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此方程中Eabc表示同步电机此时电势；Uabc表示电力系统的初始电压；Rs表示电力传输过程中介质的固有电阻；Iabc表示电力系统所通过的电流；Ls表示电力系统与同步电机的电抗数值。在电力系统工作时，VISMA根据电力系统电流的变化值进行频率调整，并在接收到频率变化指令后，模拟同步电机中转子发生机械振动，其振动方程为：Ma-Mc=Jdi/dt+kaf（s）di/dt。其中Ma表示电力系统的输入转矩；Mc表示电力系统的输出转矩；f（s）表示电力系统的相位补偿相；ka为常数，表示电力系统的阻尼系数。在此过程中VISMA通过直接控制滤波器中通过的电流，间接影响逆变器，使其具备同步电机运作的特点。在电力系统出现频率波动时，VISMA利用系统进行模拟操作，控制电力系统的频率波动范围，在同步发电机下发调频指令后，进行电力系统与同步发电机的频率调整。VISMA在进行电流指令操作时，会受到滤波器电感值的影响，造成调频精度下降。
2.2电压控制型
2.2.1 虚拟惯性频率控制技术
传统分布式发电进行频率调控时，多选用下垂控制的方式进行励磁调整，该方法无法模拟电力系统工作中的转子惯性，频率调整的容错率较高[2]。虚拟惯性频率控制技术在通过控制逆变器输出功率来模拟电力系统中转子惯性，以此来实现频率调整。电力系统在运行过程中，电压会出现变化，使系统内部的功率发生变化，虚拟惯性频率控制技术将设备与电力系统并联，根据功率变化情况进行电力系统内部功率调整。在理想运转状态下，虚拟惯性频率控制技术的调频过程可以用以下公式表示：2Hdi/dt=pa-pd-kD（l-la）。其中H为常数，代表惯性常数；kD表示阻尼常数，为固定值；l表示电力系统运动过程中的机械角振动频率；la表示在公共耦合点中机械角的振动频率。由物理公式P=IU可得，假定电力系统中电流值保持一定，当电力系统功率发生变动时，可以利用虚拟惯性频率控制技术进行电压控制，使其完成一次调频，以此增加电力系统频率的稳定性。对处于并网运行或孤岛运行模式下的电力系统，虚拟惯性频率控制技术可以实现频率的无缝切换，使系统内电压始终保持在稳定范围。
2.2.2 Synchronverter技术
Synchronverter技术可以弥补虚拟惯性频率控制技术在运行过程中无法反馈同步电磁暂态过程的不足。Synchronverter技术的主电路与VSG一致，选择LCL滤波器的逆变电路，与电力系统进行并联，添加等效电阻和等效电感器，使其与电力系统运作保持一致。在电力系统电压发生变化时，Synchronverter可以通过控制逆变器输出电压来控制电力系统电压的波动范围，模拟电力系统中转子惯性特征，下达电压调节指令。设备在接到频率调节指令后，模拟电机电压偏移量，调整同步发电机转速，降低电力系统中电压波动速度，进而实现快速的系统调频。假定电力系统处于理想运转状态，可以得到此时电力系统中感应电势：E=Maiaαsinα-Madia/dtcosα。其中Ma表示此阶段电力系统内部互感；ia表示此阶段电力系统内部的励磁电流；α表示电力系统发生电压改变时，互感所变化的角度。在实际操作过程中，Synchronverter技术可以更为直观的模拟同步发电机特性，对于系统不做功或做功情况可以起到有效控制，进而实现分布式发电的无差别控制。
结论：综上所述，电流控制型虚拟同步发电机技术通过调节系统储能提高系统运行稳定性，电压控制型虚拟同步发电机技术通过控制支撑电压实现运行模式的无缝切换。虚拟同步发电机技术的应用对于提高电力系统运行效率、及时发现运行故障有着重要意义。
参考文献：
[1]孙彤.分布式发电中的虚拟同步发电机技术探讨[J].中国高新技术企业,2018(02):128-129.
[2]张兴,朱德斌,徐海珍.分布式发电中的虚拟同步发电机技术[J].电源学报,2018(03):1-6+12.
论文作者:刘学文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：电力系统论文; 发电机论文; 频率论文; 电压论文; 技术论文; 惯性论文; 分布式论文; 《电力设备》2018年第33期论文;