虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法
虚拟同步发电机的并联控制策略研究
虚拟同步发电机的并联控制策略研究作者：王亚楠晏鹏博来源：《现代信息科技》2020年第14期摘要：针对基于虚拟同步发电机运行的逆变器并联控制策略进行研究，分析了微电网中逆变器并联功率分配机理。
将传统电力系统中的集中控制方式引入微电网逆变电源中，使逆变器具有同步发电机的大惯量特性，且各并联逆变器输出电压一致，有功功率和无功功率按额定容量比精确分配，并保证并联逆变器具有良好的动态和静态特性。
最后通过仿真验证了所提出控制策略的可行性。
关键词：虚拟同步发电机;逆变器并联;集中式控制方式;功率分配Abstract：The parallel control strategy of inverters based on virtual synchronous generator operation is studied，and the parallel power distribution mechanism of inverters in microgrid is analyzed. The centralized control method of traditional power system is introduced into the microgrid inverter power supply，which makes the inverter have the characteristics of large inertia of synchronous generator，the output voltage of each parallel inverter is consistent，the active power and reactive power are accurately distributed according to the rated capacity ratio，and the parallel inverter has good dynamic and static characteristics. Finally，the feasibility of the proposed control strategy is verified by simulation.Keywords：virtual synchronous generator;parallel inverters;centralized control mode;power distribution0 引言虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）多台并联功率控制方法中，微电网既对功率调度单元进行功率控制，又对调频调压单元的电网动态调整，还具有一定鲁棒性，并能减少电源设计参数、非线性负荷以及连接阻抗对系统稳定性的影响。
基于虚拟同步发电机的风电系统惯量控制策略研究
基于虚拟同步发电机的风电系统惯量控制策略研究I. 研究背景随着全球经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大。
风能作为一种清洁、可再生的能源，近年来得到了广泛的关注和应用。
然而风力发电系统的稳定性和可靠性仍然是一个亟待解决的问题。
为了提高风力发电系统的性能，研究人员们开始探索各种控制策略。
其中惯量控制是一种有效的方法，它可以通过调整发电机的转子惯量来实现对风力发电系统输出功率的精确控制。
虚拟同步发电机(VSG)是一种新型的风力发电技术，它可以有效地解决传统风力发电机的一些问题，如转速不稳、难以并网等。
然而由于VSG的结构和工作原理与传统的风力发电机有很大差异，因此在实际应用中面临着许多挑战。
为了克服这些挑战，研究人员们开始研究基于VSG的风电系统惯量控制策略。
A. 风电系统的发展现状和趋势随着科技的不断发展，人类对能源的需求也在不断增加。
在这个过程中，风电作为一种清洁、可再生的能源，受到了越来越多的关注。
从最初的边远地区到现在的大规模风电场，风电系统的发展可谓是翻天覆地。
然而随着风电场规模的扩大，风电系统的控制问题也日益凸显。
为了提高风电系统的稳定性和经济性，惯量控制策略的研究显得尤为重要。
在过去人们主要通过调整风力发电机的转速来实现对风电系统的控制。
然而这种方法存在很多局限性，如对环境的影响较大、对电网的稳定性影响较大等。
因此研究人员开始寻求新的方法来提高风电系统的控制性能，基于虚拟同步发电机(VSG)的惯量控制策略应运而生。
VSG是一种能够模拟同步发电机行为的设备，可以在一定程度上替代实际的同步发电机。
通过引入VSG,可以有效地解决传统风电系统控制中的一些问题，提高风电系统的稳定性和经济性。
在未来随着技术的不断进步，风电系统将会更加智能化、高效化。
例如通过引入先进的控制算法，可以实现对风电系统的实时监控和优化；通过建立智能调度系统，可以实现风电场的快速响应和调度。
此外随着储能技术的发展，风电系统也可以更好地与其他能源系统协同工作，为人类提供更加清洁、可持续的能源。
风电机组虚拟同步及惯量控制方法分析与测试评估
风电机组虚拟同步及惯量控制方法分析与测试评估摘要：随着风力发电的快速发展，电力系统的常规同步发电机组被风电大量替代，电力系统的有效转动惯量不断降低，系统频率稳定水平持续下降。
在大功率缺失或系统故障情况下，极易诱发全网频率故障，不具备惯量及频率主动支撑能力的风电大规模接入给电力系统的安全稳定运行带来了巨大挑战。
为此，世界主要风电发达国家与地区均通过并网导则对风电的惯量及调频能力进行了规范，基于市场机制促使风电主动参与系统频率响应。
关键词：虚拟惯量控制；虚拟同步控制；频率阻尼；弱网稳定性引言风力发电是世界上增长最快的清洁能源之一，因其分布广泛、蕴藏量大、无污染等优点而受到越来越多的关注。
大型风力发电机组（windturbinegenerator，WTG）通过变换器接入电网，由于发电机转速和电网频率之间是解耦的，因此无法像同步发电机那样响应电网频率的变化。
1风电机组虚拟同步与惯量控制方法1.1基于风电变换器电流源型控制的技术路线双馈风电机组的旋转部件（包括风轮、传动轴、发电机转子）中储存了大量的动能，可以通过控制策略的改进使其与电网频率变化耦合起来，以改善电网的频率特性。
惯量控制技术的路线之一是在机组主控制器给转子侧变换器的功率指令*sP中引入电网频率的比例微分量ΔP，而网侧变流器则保留矢量控制，从而使风电机组的出力能够响应电网频率的变化趋势。
上述方法称为风电机组虚拟惯量的比例?微分控制（PD-VC），该方法由于不影响风电变流器的矢量控制基础，因此本质上仍属于传统的电流源型控制方式。
1.2基于风电变换器电压源型控制的技术路线双馈风力发电机惯性同步控制（inertialsyn-chronizationcontrol，ISynC）是一种典型的针对网侧变换器的电压源型控制方式，该控制方式在外特性上将网侧变换器等效为电压源，配合转子侧变换器的惯量传递（inertiatransfercontrol，ITC）控制能够达到惯量传递与动态频率支撑的效果，即转子侧惯量传递?网侧惯性同步控制（ITC-ISynC）。
基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联稳定性研究的开题报告
基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联稳定性研究的开题报告一、选题背景随着能源需求的不断增长和新能源技术的快速发展，微电网作为一种集中式和分布式能源系统的混合形式，已经广泛应用于电网和社区能源管理等领域。
微电网逆变器并联技术是微电网中的重要组成部分，可以提高系统的可靠性和经济性。
然而，逆变器并联运行过程中容易出现电流失调和稳定性问题，影响微电网整体功率质量和安全稳定运行。
因此，如何提高微电网逆变器并联的稳定性一直是研究热点。
二、研究目的本课题旨在通过建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，研究逆变器并联运行过程中的电流失调和稳定性问题，并提出相应的解决方案和控制策略，为微电网的稳定运行提供支持。
三、研究内容和方法本研究首先建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，并实现逆变器的控制与运行。
然后，通过仿真分析逆变器并联过程中的电流失调和稳定性问题，并探究其原因。
最后，提出相应的解决方案和控制策略，如采用动态电流共享控制策略、优化电容电感器参数配置等方法，以提高微电网逆变器并联的稳定性。
四、研究意义本研究在实际应用中具有重要意义。
一方面，通过解决逆变器并联运行中的失调和稳定性问题，可以提高微电网的可靠性和经济性，增强其稳定运行能力，从而更好地满足电力需求。
另一方面，本研究还可以为微电网逆变器并联控制策略的研究提供参考，为微电网的发展提供支持。
五、预期成果本研究预期获得以下成果：1.建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，实现逆变器的控制与运行；2.分析逆变器并联过程中的电流失调和稳定性问题，探究其原因；3.提出相应的解决方案和控制策略，如动态电流共享控制策略、优化电容电感器参数配置等方法；4.验证所提出的策略和方法，评价其稳定性和可靠性，为微电网的发展提供支持。
六、研究进度计划第一阶段：文献调研和学习基础知识。
时间：1个月。
第二阶段：建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型。
时间：2个月。
虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略
虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制
策略
虚拟同步发电机（VSG）是一种新型的电力调节设备，它能够实现多种功能，如电力质量改善、电力稳定性提升等。
在利用VSG进行能量调节时，实现VSG系统的自适应控制是至关重要的。
VSG的转动惯量和阻尼系数是VSG系统的重要参数，对系统的运行稳定性和响应速度起着非常重要的作用。
因此，如何实现VSG的转动惯量和阻尼系数协同自适应控制成为了当前的研究热点。
本文研究了一种基于转动惯量和阻尼系数协同自适应控制的VSG系统控制策略。
该策略通过对VSG系统的电流、电压和转速进行实时监控，通过VSG逆变器的电流控制器和动态电压调节器对电力进行调节。
通过对VSG的转动惯量和阻尼系数进行估算，可以在实时的调节过程中实现VSG的自适应控制，从而提高VSG 系统的运行效率和稳定性。
在该策略中，首先通过传感器对VSG系统的电流、电压和转速进行实时监控，得到实时的电力参数。
然后通过VSG逆变器的电流控制器和动态电压调节器对电力进行调节，保持系统的运行稳定。
接着，通过对VSG的转动惯量和阻尼系数进行估算，可以更精确地控制VSG系统的响应速度和稳定性。
最后，在系统稳定后，VSG的转动惯量和阻尼系数可以通过在线学习算法进行自适应调整，从而使VSG系统的控制更加灵活和高效。
该策略在仿真实验中进行了验证，并与传统的VSG系统控制策略进行了比较。
结果表明，基于转动惯量和阻尼系数协同自适应控制的VSG系统具有更好的控制效果和响应速度，能够更好地实现VSG系统的稳定运行。
因此，该策略具有较好的应用前景，可以为VSG系统的控制和优化提供有益的参考。
风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制
风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制大规模风电装配虚拟惯量控制器后，将会引起电网惯量分布的改变，系统频率、阻尼及功角等暂态稳定特性均会受到显著影响。
近期研究成果表明，风电机组引入虚拟惯量可以有效解决电气解耦导致的惯量削弱问题。
然而，在含虚拟惯量的电力系统中，惯量不再是无法改变的固有特性，而会与系统功角、阻尼特性间存在相互影响。
因此，评估虚拟惯量对电力系统提供支持的安全性时，除关注频率特性外，还应全面分析其对系统功角、阻尼特性的影响。
标签：风力发电;产业发展;并网技术;功率预测引言当前我国发电技术不断进步，可以对天然能量进行有效应用，将其转化为电能，最终实现资源可再生，其发电包括了火力、水力和风力等多种发电技术，而风力发电属于我国应用最多的一种发电技术，风具有很强的可利用性。
但风力发电容易受到外界多种自然因素的影响，风力发电的随机性属于发电的主要影响阻力，所以就需要加强对风力发电技术相关问题的分析与研究，选择合理的方式解决其技术问题，进一步提升风力发电的电能质量。
1风电发展概况我国对风电产业的发展已经历经了二十余年的时间，自上世紀九十年代起，我国便大力发展风电产业，而风电并网容易更是以年均22%的速度呈现出明显的增长态势。
现如今，我国风力发电的增长速度已经远远超过了其他发电方式。
在2012年，我国的风机装机数量已经增长到了2002年的百倍以上，每年的平均增长率则高达60%。
在并网风电容量方面，截止到2013年我国的风电并网容量便已经达到了62.4GW，在我国华中、华东、西北、东北以及华北等地，其风电并网容量分别达到了0.88GW、4.7GW、12.6GW、19.2GW以及24GW，尤其是西北、东北和华北三地，其在全国风电并网容量中的占比高达90.91%，百万千瓦以上的省级风电并网数量则多达13个。
现如今，风电装机电源在我国12个省份中仅次于火电，这些省份包括黑龙江、天津、蒙西、山西、山东、宁夏、上海、蒙东、辽宁、江苏和吉林。
孤网中虚拟同步发电机并联均流控制策略
然的友好性，其中储能 VSG（直流侧配电池）还能 弥补目前分布式风、光电厂发出电能间歇性和波 动性的不足。孤网中若为上述分布式风、光电厂 分别配置储能 VSG 会过多增加设备及人力成本， 因此集中式大容量储能 VSG 装置具有一定优 势。对于该装置，若仅由单台 VSG 承担所有容量 则对电力电子变换器硬件要求过高，VSG 造价 高、安全性降低，因此多台储能 VSG 并联成集中
基金项目：南瑞集团科技项目（WBS-524609160049） 作者简介：叶哲琳（1990-），女，硕士研究生，Email：15195913368@
电气传动 2018 年 第 48 卷 第 9 期
ELECTRIC DRIVE 2018 Vol.48 No.9
孤网中虚拟同步发电机并联均流控制策略
叶哲琳，侯凯，何安然，蒋应伟，刘建平，卢方舟 （南瑞集团公司 国网电力科学研究院，江苏 南京 211106）
摘要：在虚拟同步发电机（VSG）技术的推广中，集中式大容量储能 VSG 装置具有一定工程优势，在此装 置中 VSG 多以并联形式存在且彼此距离较近，由装置及线路参数的差异所引起的环流会对其正常运行产生 影响。以 2 台 VSG 并联的孤网为例，分析并联功率分配机理，推导其与均流对应关系。考虑等效线路阻抗差 异性对功率均分的影响，设计 VSG 调速控制和励磁控制，实现并联 VSG 输出有功、无功功率按额定容量分配， 并使其具备有功调频、无功调压的能力及大惯性、大输出阻抗的优势，同时应用自动控制相关原理给出稳态时 实现功率均分的数学依据。最后由 Matlab/Simulink 仿真验证控制策略的有效性。
一种基于同步发电机和虚拟同步发电机并联微网的惯性匹配方法及控
专利名称：一种基于同步发电机和虚拟同步发电机并联微网的惯性匹配方法及控制系统
专利类型：发明专利
发明人：施凯,宋文涛,徐培凤,孙宇新,刘奕辰
申请号：CN201810938825.6
申请日：20180817
公开号：CN109193797A
公开日：
20190111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于同步发电机和虚拟同步发电机并联微网的惯性匹配方法及微网控制系统，包括：VSG虚拟惯量系数参照SG转动惯量和系统容量进行设计，保证不同微源间暂态响应时间的匹配；根据一次调频及下垂控制原理设计原动机调速器比例系数以及VSG下垂系数，按照系统容量分配负载功率；当微源及负载切入时，根据并联系统功角的变化，动态调整VSG给定有功功率，按照系统阻尼比要求设计有功给定系数，补偿SG调速器惯性响应延时引入的惯性差异并实现VSG的平滑切入。
本发明能够消除微源、负载切入引起的功率振荡，满足微网功率分配要求,实现SG和VSG并联微网的同步稳定运行。
申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法
虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法我折腾了好久虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法，总算找到点门道。
说实话，刚开始的时候我真的是一头雾水，就像在黑暗里摸索一样，完全不知道从哪下手。
我试过按那种传统的控制方法去套，想着也许能行得通呢。
我就先从理论入手，把那些相关的公式啊，定理啊都找出来，什么电磁感应啊，转矩平衡之类的，就像在一堆乱线里找线头一样，可是感觉越弄越复杂。
这就像是我想按照老地图去找一个新出现的宝藏一样，根本不对路，结果当然是失败啦。
后来我又想，也许可以从别的相似的控制系统找灵感。
我找了几个和它比较接近的发电机控制方案，试图把它们的一些好点子挪过来。
就好比我看邻居家做了个很漂亮的花园，我也想照着做一个在自己家一样。
但是这个虚拟同步发电机有它自己很独特的地方，那些借来的点子最后发现不太能融合进来，这也是一次失败的尝试。
然后我就明白，还得从它自身的特性出发。
我开始仔细研究虚拟同步发电机在不同运行状态下的特点。
这时候我就像一个侦探一样，不放过任何一点蛛丝马迹。
我注意到转子惯量在不同工况下对系统稳定性和动态响应的影响特别大。
那怎么去自适应地调整这个惯量呢？这就有点像调配一个很特殊的秘方，少一点多一点都不行。
我就从测量实际的转速变化入手，如果转速变化快，那可能就是惯量不太合适了。
我就慢慢试着建立一个根据转速变化来调整惯量的一个小规则。
就好比给一个调皮的小孩规定，跑太快的时候要怎么慢下来，跑太慢的时候又怎么加点劲。
但是刚开始这个规则太简单粗糙了，导致系统虽然有反应但效果不是很好。
在这个基础上，我又加入了更多的判断条件。
不但看转速的瞬时变化，还看一段时间内的变化趋势。
这就好比不但看小孩这一步跑得多快，还看他前几步的大致速度规律综合起来去调整。
并且我也考虑到外界负载变化的情况，要让这个控制方法能够适应负载的突然变化和缓慢变化。
我还试过在不同的仿真软件里做测试。
刚开始用一个软件，结果老是跟预期不一样，我以为我的方法又错了，后来发现是软件设置上有些小细节没注意。
虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法
虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法张波;颜湘武;黄毅斌;刘正男;肖湘宁【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)010【摘要】虚拟同步发电机(VSG)技术作为一种分布式电源主动参与电网频率电压调整的新型控制方式,得到了越来越多的关注.通过对同步发电机外特性的模拟,使得微电源逆变器具有同步发电机相同的转动惯量、一次调频、无功调压等特性.提出简化的VSG虚拟惯量控制器,避免了锁相环(PLL)误差引起的频率指令波动对系统稳定性的影响,建立包含中间控制环节状态变量的VSG并联系统小信号模型,并针对主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响进行了分析,最后利用等效同步发电机原理,提出了虚拟同步发电机多机并联运行的虚拟惯量匹配方法,仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性.【总页数】11页(P42-52)【作者】张波;颜湘武;黄毅斌;刘正男;肖湘宁【作者单位】华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定 071003;华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定 071003;华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定 071003;国网涞源县供电公司保定 074300;华北电力大学电气与电子工程学院北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统暂态稳定分析 [J], 袁敞;丁雨霏;冯佳耀;徐衍会;唐酿2.虚拟同步机并联系统小信号建模及稳定性分析 [J], 韦徵;沈茜;姬秋华;王彤3.基于虚拟阻抗和虚拟功率的VSG多机并联运行功率协调控制设计 [J], 张展鹏; 王辉; 邾玢鑫; 李晟; 柏睿4.电压源型虚拟同步机并联系统均流控制方法 [J], 姬秋华;韦徵;茹心芹;邓小君5.统一潮流控制器并联变换器虚拟惯量控制策略 [J], 张海同;王金梅;袁小威;何铭;鲍振铎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
虚拟同步机惯量及阻尼系数协调优化方法
虚拟同步机惯量及阻尼系数协调优化方法
王亚军;杨立波;马斌;余锐
【期刊名称】《电力系统保护与控制》
【年(卷),期】2022(50)19
【摘要】为了提升虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)在各种扰动下的动态响应,提出了一种虚拟惯量及阻尼系数的参数协调优化方法。
推导了VSG 有功指令与输出电磁功率之间的二阶传递函数,定量分析了VSG动态响应特性与虚拟惯量及阻尼系数的关系。
在扰动的初期调整两参数使VSG呈欠阻尼状态实现加快调节,在扰动后期则使VSG呈过阻尼状态来减小超调,兼顾功率调节速度和频率稳定性,降低储能充放电深度。
最后,基于Matlab-Simulink仿真软件开展了VSG出力扰动和电网故障扰动下的仿真,对比参数优化前后的动态响应。
结果验证了所提优化方法的优越性及稳定性,可以有效提升VSG的动态响应能力,延长VSG储能寿命。
【总页数】11页(P88-98)
【作者】王亚军;杨立波;马斌;余锐
【作者单位】国网河北省电力有限公司;北京四方继保工程技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法
2.基于非线性最小二乘曲线拟合的虚拟同步\r发电机惯量与阻尼系数测量方法
3.虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略
4.含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法
5.直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2017年5月电工技术学报Vol.32 No. 10 第32卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY May 2017虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法张波1颜湘武1黄毅斌1刘正男2肖湘宁3（1. 华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定 0710032. 国网涞源县供电公司保定 0743003. 华北电力大学电气与电子工程学院北京 102206）摘要虚拟同步发电机（VSG）技术作为一种分布式电源主动参与电网频率电压调整的新型控制方式，得到了越来越多的关注。
通过对同步发电机外特性的模拟，使得微电源逆变器具有同步发电机相同的转动惯量、一次调频、无功调压等特性。
提出简化的VSG虚拟惯量控制器，避免了锁相环（PLL）误差引起的频率指令波动对系统稳定性的影响，建立包含中间控制环节状态变量的VSG并联系统小信号模型，并针对主要控制参数对系统稳定性及动态响应的影响进行了分析，最后利用等效同步发电机原理，提出了虚拟同步发电机多机并联运行的虚拟惯量匹配方法，仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。
关键词：虚拟同步发电机并联控制小信号建模参数分析惯量匹配中图分类号：TM46Stability Control and Inertia Matching Method ofMulti-Parallel Virtual Synchronous GeneratorsZhang Bo1 Yan Xiangwu1 Huang Yibin1 Liu Zhengnan2 Xiao Xiangning3（1. Key Laboratory of Distributed Energy Storage and Micro-Grid of Hebei ProvinceNorth China Electric Power University Baoding 071003 China2. State Grid Laiyuan Electric Power Company Baoding 074300 China3. School of Electrical and Electronic Engineering North China Electric Power UniversityBeijing 102206 China）Abstract Virtual synchronous generator technology has attracted more and more attention. As a new control method, it can allow the distributed generation actively taking part in the frequency and voltage regulation of the grid. By mimicking the characteristics of the synchronous generator, the micro power source inverters have the same characteristics of the synchronous generator, such as the inertia, primary frequency modulation, reactive power and voltage modulation etc. Simple VSG virtual inertia controller is proposed to avoid the impacts of frequency command fluctuation on the stability of the system caused by the phase-locked loop (PLL) error. The small signal model of parallel VSGs including the state variables of intermediate control link is established. And then the influences of the main control parameters on system stability and dynamic response are analyzed. At last, based on the principle of equivalent synchronous generator, virtual inertia matching method of the parallel virtual synchronous generators is proposed. Simulation and experimental results verify the proposed method.国家高技术研究发展计划（863计划）（2015AA050603）、河北省自然科学基金（E2015502046）和中央高校基本科研业务专项基金（虚拟同步发电机多机并联控制技术研究及其性能评价）资助项目。
收稿日期 2016-11-30 改稿日期 2017-01-25第32卷第10期张波等虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法 43Keywords：Virtual synchronous generator (VSG), parallel control, small-signal model, parameter analysis, inertia matching0引言与传统能源大多通过同步发电机并入电网不同，越来越多的分布式电源通过电力电子并网逆变器接入到电网中，相比于传统的同步发电机，分布式电源并网逆变器具有响应迅速的优点，但由于其属于静置设备，不能够为电网提供足够的惯性和阻尼支撑，随着分布式电源渗透率的不断增加，将严重影响到电力系统的动态响应和稳定性[1,2]。
因此，国内外学者提出了虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）概念[3,4]，如图1所示。
其主要思想是利用并网逆变器模拟同步发电机运行特性，从而为含大量分布式电源的电力系统提供转动惯量和阻尼分量，同时可以借鉴电力系统关于同步发电机运行的经验，将传统同步发电机的相关控制策略和理论分析方法有效地引入其中，以实现分布式电源的友好接入。
图1 虚拟同步发电机概念Fig.1 Concept of virtual synchronous generator目前，国内外针对VSG的研究工作主要集中在VSG建模、控制策略、稳定分析和应用等几个方面。
（1）VSG建模方面。
同步发电机对于不同的实际问题和分析工具，其模型有不同程度的简化，根据不同阶次的同步发电机模型建立VSG的数学模型，包括二阶、三阶、四阶、五阶等不同阶次的模型[5-9]，但高阶模型实现起来较为复杂，实用性不强，目前的研究主要以同步发电机经典的二阶模型为主，包括机械转动部分和电磁部分。
机械转动方程反映了同步发电机的转子惯性和阻尼特性，VSG模型机械转动部分主要利用转子运动方程实现；VSG 电磁部分建模以定子电压方程为原型，反映了定子电路的电压、电流关系，如果考虑定子电路的磁链及内在的电磁特性，则可采用文献[4]提出的同步逆变器的电磁模型。
（2）功频控制和励磁控制。
VSG的功频控制、励磁控制实际上是模拟同步发电机的调速器和励磁调节器，用于表征有功功率和系统频率、无功功率和系统电压的下垂特性[10,11]。
文献[12]在P-f下垂控制环节中，引入有功功率和无功功率的微分项，其中有功功率和无功功率项用来保证稳态特性，微分项用来改善动态特性。
文献[13]利用线性化的有功功率传输方程，将阻尼因子与转角偏差解耦，实现平抑功率振荡，稳定系统频率。
文献[14]将虚拟阻抗等效为虚拟同步发电机电抗，利用虚拟阻抗压降实现微电源输出电压的下垂特性。
文献[15]通过动态调整并联DG的下垂系数，降低线路阻抗不一致对功率分配的影响，实现VSG无功功率精确分配。
但由于在下垂控制中均存在PLL环节，其锁相精度势必会影响系统的控制稳定性。
（3）小信号分析。
VSG技术的主要目的就是要提高大量微电源接入电力系统的系统稳定性，对其稳定性分析主要采用小信号分析方法[16-18]。
文献[19]构建了VSG的高阶小信号模型，通过根轨迹分析法分析了主要控制参数变化对系统稳定性的影响。
文献[20]定量分析了VSG参数摄动对并网功率跟踪的影响，并分析了虚拟惯量和阻尼参数的影响与整定方法。
文献[21]分析了并网和孤岛两种模式下VSG小信号稳定性，指出惯性时间常数、阻尼系数和无功下垂系数的变化对系统稳定性影响较大，但是以上文献在建模过程中均未考虑系统稳态工作点的变化，虽简化了分析过程，但分析结果不够准确，而且多针对VSG单机进行建模分析，对于VSG 多机并联系统的精确小信号建模和分析是亟须解决的问题。
本文针对上述问题，从建立VSG模型入手，提出简化的虚拟惯量模拟器，使得控制系统无需引入PLL环节；建立精确的VSG多机并联运行系统的小信号模型，并分析了虚拟转动惯量、下垂系数、线路参数、虚拟阻抗等参数变化时系统特征根的变化情况及其对小信号稳定性的影响规律；并提出了VSG多机并联系统惯量匹配方法，以保证各微电源逆变器按比例分配负荷。
44电 工 技 术 学 报 2017年5月1 VSG 技术原理VSG 的主要思想是利用微电源逆变器模拟同步发电机运行特性，从而为系统提供转动惯量和阻尼分量，同时具备一次调频和无功电压调节的能力。
VSG 控制框图如图2所示。
通常VSG 主电路由蓄电池组及光伏阵列、DC-DC 变换单元、DC-AC 逆变单元和隔离变压器组成，其中光伏阵列DC-DC 变换器常采用最大功率跟踪控制（Maximum Power Point Tracking ，MPPT ），直流侧母线电容通过存储或释放能量维持直流侧电压恒定，因此本文用恒压源接入微电源逆变器的直流侧来模拟原动机。
微电源逆变器变流拓扑采用三相电压型PWM 结构，经LC 滤波器接于公共耦合点（Point of Common Coupling, PCC ）。
图2 虚拟同步发电机控制框图 Fig.2 Control structure for the virtualsynchronous generator实现VSG 的核心是VSG 的数学建模与运行控制算法，本文采用同步发电机经典二阶模型为VSG 建模，主要包括电气部分和机械部分，其具体实现过程如下。