负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制论文_魏亚波,李强

（陕西陕化煤化工集团有限公司电仪分厂 714100）

摘要：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。基于这种思路，有学者提出虚拟同步发电机的概念，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VSG的研究主要集中于建模分析、参数整定等理论分析，以及探讨在光伏电站、交直流微电网、高压直流输电等多种场景的应用。

关键词：负荷虚拟同步机；低电压穿越；控制

1虚拟同步机技术概述

虚拟同步机技术通常是指电力电子变流器的控制环节采用同步电机的机电暂态方程，使采用该技术的装置并网运行，具有同步机组并网运行的惯性、阻尼特性、有功调频、无功调压特性等运行外特性的技术。一般有虚拟同步发电机和虚拟同步电动机两种形态。

其基本组成包括变流器、储能单元和控制部件三大部分。变流器与常规变流器的主电路相同，在控制环节引入同步机转子运动与电磁暂态方程，可以等效为功角和幅值均可控的电压源，通过改变电压相角调节有功功率输出，改变电压幅值调节无功功率输出。储能单元的基本功能是实现惯量储能单元的功能，也可以提供一次调频的能量，储能单元通过有功功率的存储或释放，抑制电力系统频率突变以及阻尼功率振荡，主要包括电池储能与风机叶轮惯性能量两类。电池储能用于光伏虚拟同步发电机和储能虚拟同步机，其容量根据虚拟同步机参与电网调频、调压的时间和幅值确定；风机叶轮惯性能量用于风机虚拟同步发电机，在其最大输出能力范围内，虚拟同步机可根据系统调节要求，设置输出功率的幅值和时间。

2 LVSM低电压穿越控制方法

2.1改进型虚拟阻抗控制

为避免不对称故障下并网点电压不平衡使虚拟阻抗控制生成的电流环参考值中存在负序分量，本文对并网点电压进行正序分量提取。将并网点电压Uabc＝［Ua，Ub，Uc］t经cLarke变换及正序park变换从三相静止abc坐标系转换至正序旋转dq坐标系（本文中符号下标含“＋”的均表示对应正序分量）：

结语

在电网故障期间，充分利用LVSM开关器件额定电流容量，向电网提供尽可能多的无功支撑。无功功率大小根据电压跌落程度决定。在故障期间持续向电网提供惯性功率支撑，故障结束后具备与同步机类似的惯性摇摆过程，可减轻对故障后电网的暂态冲击。在电网故障期间，LVSM交流侧电流不超过开关器件最大（连续）电流，同时保持负荷端直流电压稳定，具备不脱网能力。

参考文献

［1］杜威，姜齐荣，陈蛟瑞．微电网电源的虚拟惯性频率控制策略［J］．电力系统自动化，2011，35（23）：26－31．

［2］吕志鹏，盛万兴，钟庆昌等．虚拟同步发电机及其在微电网中的应用［J］．中国电机工程学报，2014，34（16）：2591－2603．

［3］郑天文，陈来军，刘炜，等．考虑源端动态特性的光伏虚拟同步机多模式运行控制［J］．中国电机工程学报，2017，37（2）：454－464．

论文作者:魏亚波,李强

论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期

论文发表时间:2018/12/12

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