【摘 要】
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随着化石能源的枯竭,通过电力电子变换器并网的光伏等分布式电源在电网中的渗透率不断提高,导致电网呈现出低惯量低阻尼特性,传统控制方法不足以支撑电力系统的安全稳定运行。虚拟同步发电机技术（Virtual Synchronous Generator,VSG）在这种背景下应运而生,其通过模拟同步发电机的外特性,使分布式电源也能呈现出惯量和阻尼特性。传统VSG控制方法主要针对控制效果进行研究,忽略了直流侧分
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随着化石能源的枯竭,通过电力电子变换器并网的光伏等分布式电源在电网中的渗透率不断提高,导致电网呈现出低惯量低阻尼特性,传统控制方法不足以支撑电力系统的安全稳定运行。虚拟同步发电机技术（Virtual Synchronous Generator,VSG）在这种背景下应运而生,其通过模拟同步发电机的外特性,使分布式电源也能呈现出惯量和阻尼特性。传统VSG控制方法主要针对控制效果进行研究,忽略了直流侧分布式电源的输出特性,没有充分考虑系统运行过程中的功率支撑能力。因此本文针对光储并网系统的VSG控制策略进行深入研究。首先建立了三相桥式逆变器的数学模型,分析了基于VSG技术的并网逆变器控制结构,并对电压电流双闭环底层控制方法进行研究。分析了同步发电机的工作原理,模拟其电磁特性和机械特性,对VSG的虚拟调速器、虚拟转子和虚拟励磁器进行建模,使逆变器具有与同步发电机相同的有功-频率、无功-电压调节特性。其次搭建了基于VSG控制的两级式光储并网系统,建立了光伏发电单元和储能系统的等效电路模型及控制结构模型,通过构建储能功率指令改进了直流母线电压控制方法;结合直流侧光伏发电单元和储能系统的运行状态,分析了光储微电网的四种运行模式,并基于这四种运行模式提出了一种功率协调控制策略,实现光储微电网的功率有效控制;为保证储能系统充放电功率的平滑特性,提出了储能SOC控制策略;通过仿真分析验证了所提控制策略的可行性。最后建立光储VSG单机并网小信号模型,分析了虚拟惯量和虚拟阻尼两个关键参数对系统稳定性和动态响应性能影响;通过分析同步发电机的功角曲线和角频率振荡曲线,确定了虚拟惯量和虚拟阻尼与角频率变化率和角频率偏差之间的关系;提出了一种VSG参数自适应控制策略,结合储能SOC状态、系统稳定性约束以及动态特性约束分析了VSG关键参数的综合取值区间;通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性。
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