虛擬同步發(fā)電機(jī)及其在獨(dú)立型微電網(wǎng)中的應(yīng)用*

占偉強(qiáng), 吳振興, 邢鵬翔, 周 亮

(1. 海軍工程大學(xué) 艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430033； 2. 武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

虛擬同步發(fā)電機(jī)及其在獨(dú)立型微電網(wǎng)中的應(yīng)用*

占偉強(qiáng)1, 吳振興1, 邢鵬翔2, 周 亮1

(1. 海軍工程大學(xué) 艦船綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430033； 2. 武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

針對(duì)獨(dú)立分布式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于同步發(fā)電機(jī)功角特性的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略，使逆變器能以電壓源形式與柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)組網(wǎng)。所設(shè)計(jì)的控制策略實(shí)現(xiàn)了逆變器對(duì)電網(wǎng)的無(wú)縫投切，逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)能根據(jù)指令調(diào)節(jié)有功輸出。突加、突減負(fù)載時(shí)逆變器能迅速響應(yīng)需求輸出功率，有效地減小了微電網(wǎng)電壓幅值和頻率波動(dòng)。當(dāng)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)逆變器能獨(dú)立支撐微電網(wǎng)的電壓和頻率，使微電網(wǎng)電壓和電流平穩(wěn)過(guò)渡。最后通過(guò)MATLAB/Simulink仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制策略的有效性。

并網(wǎng)逆變器；柴油發(fā)電機(jī)；虛擬同步發(fā)電機(jī)；微電網(wǎng)

0 引 言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近幾年逐漸加大了對(duì)海島和偏遠(yuǎn)山區(qū)的開發(fā)力度，這些地區(qū)的能源供應(yīng)問(wèn)題成為研究熱點(diǎn)。由于遠(yuǎn)離居民聚集區(qū)，所以線路鋪設(shè)及運(yùn)行維護(hù)難度較大，采用聯(lián)網(wǎng)供電方式經(jīng)濟(jì)效益較低。較為可行的電力供應(yīng)解決方案是以新能源開發(fā)為核心，構(gòu)建風(fēng)、光、柴、儲(chǔ)互補(bǔ)獨(dú)立型微電網(wǎng)[1-3]。

現(xiàn)有的風(fēng)光柴儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)組網(wǎng)模式大致分為兩種：一種是結(jié)合儲(chǔ)能裝置將風(fēng)光能源經(jīng)變流器轉(zhuǎn)換后以電流源的形式并網(wǎng)，由柴油發(fā)電機(jī)為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐。這種模式的缺點(diǎn)是在光照和風(fēng)能充足的時(shí)間段也至少需要保留一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)處于開機(jī)狀態(tài)，清潔能源不能實(shí)現(xiàn)最大利用率，造成了極大的資源浪費(fèi)。另一種組網(wǎng)模式是在風(fēng)光儲(chǔ)能源充足時(shí)，改變逆變器的控制策略，在文獻(xiàn)[4-5]中作者提出逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)采用電流控制模式，獨(dú)立運(yùn)行時(shí)采用電壓控制模式。但是文獻(xiàn)[6]中指出，控制器在電壓控制和電流控制2種模式間切換時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸出結(jié)果出現(xiàn)偏差，容易造成暫態(tài)沖擊。實(shí)際上，當(dāng)電網(wǎng)電壓頻率均由柴油發(fā)電機(jī)支撐時(shí)，由于柴油發(fā)電機(jī)缺乏足夠的慣性，在負(fù)載大幅波動(dòng)時(shí)，容易造成電網(wǎng)電壓和頻率波動(dòng)過(guò)大[7-9]。除此之外，以上兩種組網(wǎng)模式均沒有考慮實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中柴油發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)故障的情況。當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率均由柴油發(fā)電機(jī)支撐時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生故障停機(jī)，發(fā)電系統(tǒng)將無(wú)法運(yùn)行，容易造成安全事故。因此需要尋求新的解決方法，使逆變器能以電壓源的形式在微電網(wǎng)中運(yùn)行，為電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐。

虛擬同步發(fā)電機(jī)(Virtual Synchronous Generator,VSG)技術(shù)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[10-13]。目前大多數(shù)VSG技術(shù)都是基于有功頻率下垂控制方法[14-16]，定義ΔP=kΔf，其中ΔP和Δf分別為有功和頻率的變化量，k為有功頻率下垂系數(shù)。原理是根據(jù)頻率的波動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)有功的輸出。該方法較為機(jī)械，首先，在負(fù)載變化時(shí)輸出頻率會(huì)發(fā)生偏移，使系統(tǒng)頻率尤其是獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的分布式發(fā)電系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定。其次，在多臺(tái)逆變器并聯(lián)時(shí)，該方法根據(jù)下垂系數(shù)k及發(fā)電裝置容量來(lái)分配負(fù)荷功率，多機(jī)協(xié)同出力，難度較大。針對(duì)以上問(wèn)題，文獻(xiàn)[17]提出在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，將VSG分為非調(diào)頻發(fā)電單元和調(diào)頻發(fā)電單元，前者按照功率調(diào)度指令發(fā)電并參與一次調(diào)頻，后者為微電網(wǎng)提供電壓參考并利用二次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)頻率誤差控制。但是文中所提調(diào)頻方法較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)過(guò)程需多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行。文獻(xiàn)[18-19]提出自適應(yīng)調(diào)節(jié)下垂系數(shù)來(lái)保持逆變器輸出功率恒定，但該方法控制不夠準(zhǔn)確，且下垂系數(shù)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性[20]，確定后不宜進(jìn)行改變。文獻(xiàn)[21]中搭建了小型微電網(wǎng)，設(shè)計(jì)的VSG控制策略在功率調(diào)節(jié)、電網(wǎng)支撐及微電網(wǎng)并/離網(wǎng)模式下的無(wú)縫切換都表現(xiàn)出很好的響應(yīng)特性。但是所設(shè)計(jì)控制策略并沒有考慮實(shí)際微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中存在柴油發(fā)電機(jī)的情況，即多個(gè)不同類型電壓源同時(shí)存在對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行的影響。

本文針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合電力電子器件的“快”和同步發(fā)電機(jī)的“慢”，設(shè)計(jì)了一種基于同步發(fā)電機(jī)功角特性的VSG控制策略，通過(guò)實(shí)時(shí)改變逆變器的輸出功率角來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，達(dá)到頻率無(wú)差控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了逆變器以電壓源形式并入存在柴油發(fā)電機(jī)的微電網(wǎng)。通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制策略在功率調(diào)節(jié)、負(fù)載波動(dòng)及柴油發(fā)電機(jī)突發(fā)故障情況下均表現(xiàn)出很好的響應(yīng)特性，有效地改善了獨(dú)立分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

1 控制原理

1. 1 功頻控制器設(shè)計(jì)原理

當(dāng)微電網(wǎng)中存在兩個(gè)不同類型的電壓源，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)二者輸出頻率必須一致。因?yàn)槟孀兤髟谙到y(tǒng)中要起到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功率輸出改變清潔能源占比的作用，在調(diào)節(jié)輸出功率占比的過(guò)程中，不同電壓源的有功頻率變化是相反的，因此傳統(tǒng)基于有功頻率下垂的控制策略并不適用。逆變器需采用頻率無(wú)差控制策略，即在保證自身頻率穩(wěn)定的情況下具有對(duì)電網(wǎng)頻率的追隨調(diào)節(jié)能力。

在同步發(fā)電機(jī)中存在式(1)關(guān)系:

(1)

P1為輸入機(jī)械功率，P2為機(jī)械損耗、鐵耗和附加損耗之和。E0為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，U為電網(wǎng)電壓，Xt為同步發(fā)電機(jī)電抗，m為同步發(fā)電機(jī)相數(shù)。保持E0不變，視電網(wǎng)電壓U和同步電抗Xt為不變量時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的電磁功率Pem可單一由功率角θ作為基本量來(lái)表示。

圖1為同步發(fā)電機(jī)輸出電磁功率與功率角θ之間的關(guān)系，隨著功率角θ的變化，輸出功率Pem也呈現(xiàn)規(guī)律性變化[22]。

圖1 同步發(fā)電機(jī)功角關(guān)系

由以上分析可知，要增加同步發(fā)電機(jī)的輸出功率，就必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使電機(jī)的功率角θ增大。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的這一特性設(shè)計(jì)逆變器的功頻控制器。圖2為控制器原理框圖。

圖2 模擬功頻控制器結(jié)構(gòu)圖

參照柴油發(fā)電機(jī)的控制器設(shè)置了模擬調(diào)速器。模擬調(diào)速器可由PI控制器代替，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)頻率的無(wú)差跟蹤。圖2中ωN為給定角速度，ω為實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速。Δω為并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)輸出頻率與逆變器輸出頻率差，使逆變器具有對(duì)同步發(fā)電機(jī)頻率的追蹤能力。Pm為模擬輸出機(jī)械功率，P為輸入功率，P=Pe+Pn，Pe為機(jī)端反饋的有功功率，Pn為輸入有功指令，SN為逆變器容量。J為慣性系數(shù)，使并網(wǎng)逆變器在功頻動(dòng)態(tài)過(guò)程中具有與同步發(fā)電機(jī)類似的慣性特性。D為阻尼系數(shù)，使得并網(wǎng)逆變器型發(fā)電裝置存在阻尼電網(wǎng)功頻振蕩的能力。圖2中存在以下關(guān)系式：

(2)

(3)

(4)

式中:k——慣性和阻尼環(huán)節(jié)影響因子，因慣性和阻尼環(huán)節(jié)不是研究重點(diǎn)，這里簡(jiǎn)化處理；

p——微分算子；

a、b——比例系數(shù)和積分系數(shù)。

由式(2)可知，當(dāng)輸出功率增大時(shí)，P增大，此時(shí)模擬機(jī)械功率Pm來(lái)不及反應(yīng)，由式(3)可知ω會(huì)減小。當(dāng)ω減小時(shí)，ωN-ω產(chǎn)生的差值會(huì)增大，通過(guò)比例積分環(huán)節(jié)使模擬輸入的機(jī)械功率Pm增大，通過(guò)式(3)關(guān)系改變?chǔ)?，使系統(tǒng)再次達(dá)到平衡，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸出功率角來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)有功輸出的目的。這與同步發(fā)電機(jī)功角關(guān)系是一致的。當(dāng)系統(tǒng)中ωN-ω不再產(chǎn)生差值時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)穩(wěn)定在ωN(并網(wǎng)時(shí)ωN+Δω)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變器頻率的無(wú)差控制。頻率無(wú)差控制除了能將系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在設(shè)定值外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)橥患?、突減負(fù)載引起頻率波動(dòng)時(shí)，逆變器能通過(guò)調(diào)節(jié)有功輸出來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓頻率。在仿真試驗(yàn)中這一點(diǎn)得到了體現(xiàn)。

1. 2 勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)原理

同步發(fā)電機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁來(lái)調(diào)節(jié)其無(wú)功輸出及機(jī)端電壓。類似地，可以通過(guò)調(diào)節(jié)VSG模型的虛擬電勢(shì)E來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)端電壓。

如圖3所示，VSG的虛擬電勢(shì)指令E由3部分組成：逆變器空載電勢(shì)E0，機(jī)端電壓調(diào)節(jié)單元的輸出ΔEU，無(wú)功功率調(diào)節(jié)的部分ΔEQ。

圖3 模擬勵(lì)磁控制器結(jié)構(gòu)圖

其中ΔEU可表示為

式中：ku——電壓調(diào)節(jié)系數(shù)；UN、U——并網(wǎng)逆變器機(jī)端電壓有效值的指令值和真實(shí)值。

ΔEQ可表示為

式中：kq——無(wú)功調(diào)節(jié)系數(shù)；QN——并網(wǎng)逆變器的無(wú)功指令；Q——逆變器機(jī)端輸出的瞬時(shí)無(wú)功功率值。

由上文可得VSG的電勢(shì)為E=E0+ΔEU+ΔEQ，進(jìn)而，結(jié)合功頻控制器生成的輸出相角，可得VSG生成的電壓向量為

(5)

為增強(qiáng)輸出電壓的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了圖4的機(jī)端電壓控制系統(tǒng)，合成電壓Uabc經(jīng)dq解耦后進(jìn)入機(jī)端電壓穩(wěn)定系統(tǒng)。

圖4 機(jī)端電壓控制系統(tǒng)

圖4中umref為系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)反饋機(jī)端電壓的參考幅值；Um為機(jī)端電壓輸入幅值，由Uabc經(jīng)dq解耦后得到的ud和uq計(jì)算得到；idref和iqref分別為d和q軸電流參考值，L為L(zhǎng)CL濾波器的等值電感。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過(guò)dq解耦的電壓電流雙閉環(huán)控制有利于減輕勵(lì)磁控制器控制壓力，同時(shí)有助于增強(qiáng)機(jī)端電壓的穩(wěn)定性。

1. 3 模擬準(zhǔn)同期并列裝置

借鑒傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列裝置的原理，設(shè)計(jì)了模擬準(zhǔn)同期并列裝置，如圖5所示。

圖5 模擬準(zhǔn)同期并列裝置

在逆變器向微電網(wǎng)投切時(shí)通過(guò)鎖相環(huán)實(shí)時(shí)跟蹤兩者電壓和頻率，根據(jù)電網(wǎng)的電壓和頻率來(lái)調(diào)整逆變器的輸出電壓和頻率，此時(shí)逆變器輸出頻率變?yōu)棣豊+Δω(Δω為逆變器輸出電壓和電網(wǎng)電壓頻率差)，電壓幅值E0和UN切換為電網(wǎng)電壓幅值，調(diào)整逆變器輸出電壓幅值和頻率后，將逆變器輸出電壓和微電網(wǎng)電壓的相位差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后送入功率指令Pn，通過(guò)功率指令擾動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓的相位，使得逆變器輸出的電壓相位和電網(wǎng)一致。當(dāng)頻率差、電壓差和相位差都滿足并網(wǎng)要求時(shí)，模擬準(zhǔn)同期并列裝置向公共連接點(diǎn)處發(fā)出合閘信號(hào)，完成合閘操作，實(shí)現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)。

2 仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證所提VSG控制策略的有效性，在MATLAB中搭建500 kW逆變器和800 kW柴油發(fā)電機(jī)組成的微電網(wǎng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1為逆變器的相關(guān)控制參數(shù)，電壓幅值E0和參考電壓指令UN按照柴油發(fā)電機(jī)空載時(shí)的輸出電壓來(lái)設(shè)計(jì)。VSG的慣性時(shí)間常數(shù)為5 s，柴油發(fā)電機(jī)模型的慣性時(shí)間常數(shù)為2 s，設(shè)計(jì)恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間遲于柴油發(fā)電機(jī)，有助于逆變器跟蹤柴油發(fā)電機(jī)的輸出頻率。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

圖7 電網(wǎng)電壓幅值波形

圖8 逆變器功率電流波形

圖9 柴油發(fā)電機(jī)功率電流波形

起動(dòng)時(shí)同步發(fā)電機(jī)帶載400 kW，逆變器空載。在10 s時(shí)起動(dòng)逆變器并聯(lián)投切程序，模擬準(zhǔn)同期并列裝置開始工作，在17.8 s時(shí)達(dá)到并網(wǎng)條件，控制開關(guān)合閘，逆變器正式并入電網(wǎng)。從圖7并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值波形以及圖8逆變器和圖9柴油發(fā)電機(jī)輸出功率電流波形中可以看出，并網(wǎng)過(guò)程中并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值，以及逆變器和柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率和電流都沒有大的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平滑過(guò)渡，表明了所設(shè)計(jì)的并聯(lián)投切策略的有效性。在22 s時(shí)，給逆變器下達(dá)功率指令，使逆變器輸出有功功率200 kW，如圖8所示，逆變器輸出電流逐漸增大，負(fù)載功率逐漸轉(zhuǎn)移到逆變器的輸出上。如圖9所示，隨著逆變器輸出功率增加，柴油發(fā)電機(jī)輸出功率逐漸減小，整個(gè)過(guò)程中電壓幅值波動(dòng)較小，電流過(guò)渡平穩(wěn)。驗(yàn)證了所提控制算法可以很好地跟蹤有功指令調(diào)節(jié)功率輸出。這表明在獨(dú)立運(yùn)行的分布式發(fā)電系統(tǒng)中可以通過(guò)逆變裝置實(shí)時(shí)調(diào)整清潔能源的占比，實(shí)現(xiàn)清潔能源的最大利用率。

逆變器以電壓源形式在獨(dú)立型微電網(wǎng)運(yùn)行的最大優(yōu)勢(shì)是在負(fù)載變化時(shí)，逆變器能利用電力電子器件“快”的特性結(jié)合儲(chǔ)能裝置迅速響應(yīng)負(fù)載需求輸出有功功率，減小負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的沖擊。通過(guò)圖10有功、無(wú)功試驗(yàn)波形可以看出，在31 s突加100 kW負(fù)載時(shí)，逆變器分擔(dān)了93 kW，幾乎承擔(dān)了全部的新增功率，突卸負(fù)載時(shí)也是由逆變器來(lái)響應(yīng)負(fù)載變化，維持系統(tǒng)功率平衡。為驗(yàn)證這一控制策略具有改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的特性，將試驗(yàn)平臺(tái)中的逆變器替換為800 kW柴油發(fā)電機(jī)，用2臺(tái)800 kW柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)做負(fù)載突加、突減試驗(yàn)。

圖10 突加、突減負(fù)載試驗(yàn)波形

從圖10微電網(wǎng)電壓幅值和頻率波形對(duì)比中可以看出，逆變器與柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)情況下，電壓幅值波動(dòng)在±3 V以內(nèi)，而2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)，幅值波動(dòng)達(dá)到±5 V；在頻率波形圖對(duì)比中也可以看出逆變器與柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)，輸出頻率波動(dòng)在0.15 Hz以內(nèi)，而2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)則達(dá)到0.2 Hz。試驗(yàn)過(guò)程中，存在逆變器的微電網(wǎng)電壓幅值和頻率達(dá)到穩(wěn)定所用的時(shí)間更短，驗(yàn)證了VSG可迅速響應(yīng)負(fù)載變化，減小電壓和頻率波動(dòng)，增強(qiáng)微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。除此之外，現(xiàn)有的柴油發(fā)電機(jī)在突加、突減負(fù)載時(shí)難以做到頻率無(wú)差控制，負(fù)載變化由逆變器承擔(dān)使柴油發(fā)電機(jī)的輸出頻率幾乎不變，而逆變器可以快速調(diào)整輸出頻率，保證自身輸出頻率與柴油發(fā)電機(jī)一致。

為驗(yàn)證逆變器能獨(dú)立支撐微電網(wǎng)的電壓和頻率，在39 s時(shí)將柴油發(fā)電機(jī)切出微電網(wǎng)，從圖11試驗(yàn)波形可以看出逆變器在1 s內(nèi)完成調(diào)整，獨(dú)立承擔(dān)了整個(gè)微電網(wǎng)的輸出功率。切換過(guò)程中，電壓幅值雖有跌落但很快恢復(fù)穩(wěn)定，達(dá)到了獨(dú)立支撐電網(wǎng)電壓的目的；電流緩慢上升，并沒有對(duì)系統(tǒng)造成沖擊；頻率在經(jīng)歷短暫波動(dòng)后在2 s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。表明了所設(shè)計(jì)控制策略能使逆變器在微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)突發(fā)故障的情況下獨(dú)立支撐起微電網(wǎng)的電壓和頻率。

圖11 逆變器獨(dú)立運(yùn)行試驗(yàn)波形

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于VSG技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種適用于獨(dú)立分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器控制策略，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提控制策略有效性，得到以下結(jié)論：

(1) 實(shí)現(xiàn)了逆變器以電壓源方式接入有柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的微電網(wǎng)。逆變器能根據(jù)指令調(diào)節(jié)功率輸出，實(shí)時(shí)改變逆變器輸出功率的占比。

(2) 在負(fù)載變化時(shí)，逆變器能利用電力電子器件的優(yōu)點(diǎn),迅速響應(yīng)負(fù)載需求調(diào)整功率輸出，補(bǔ)充電網(wǎng)所需負(fù)荷，有效地減小了電網(wǎng)電壓幅值和頻率的波動(dòng)。

(3) 在柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，逆變器能獨(dú)立支撐電網(wǎng)的電壓和頻率，使系統(tǒng)保持平穩(wěn)運(yùn)行，增強(qiáng)了獨(dú)立型微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

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Virtual Synchronous Generator and Its Applications in Independent Microgrid*

ZHANWeiqiang1,WUZhenxing1,XINGPengxiang2,ZHOUliang1

(1. National Key Laboratory for Vessel Integrated Power System Technology, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

Aim to the independent distributed power generation system, a virtual synchronous generator control strategy based on the power angle characteristic of synchronous generator was designed. The inverter could run in the form of voltage source with the diesel generator in parallel. The designed control strategy realized the seamless switching of inverter to micro grid. When in operation, the inverter could both adjust the active output power according to the instruction and respond to the power demand quickly when the load was changed. The control strategy could effectively reduce the fluctuation of voltage amplitude and frequency of the micro grid. The voltage and frequency could be independently supported by the inverter when the diesel generator shut down in microgrid, ensure the micro power grid running smoothly. At last, through the MATLAB/Simulink simulation verified the effectiveness of the designed control strategy.

grid connected inverter; diesel generator; virtual synchronous generator; microgrid

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51490681);國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB15103)

占偉強(qiáng)(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)發(fā)電。 吳振興(1982—)，男，博士研究生，副研究員，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電和高壓變頻器。 邢鵬翔(1990—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)應(yīng)用。 周 亮(1985—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)楣夥⒕W(wǎng)逆變器。

TM 614

A

1673-6540(2017)04- 0014- 06

2016 -09 -20