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中華人民共和國國家標準

GB/TXXXXX—XXXX

虛擬同步機技術(shù)--總則

GeneralPrinciplesofVirtualSynchronousMachineTechnology

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文稿版次選擇

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX

I

GB/TXXXXX—XXXX

虛擬同步機技術(shù)--總則

1范圍

本標準規(guī)定了虛擬同步機技術(shù)的相關(guān)定義，以及采用虛擬同步機技術(shù)的裝置的分類、具備的功能和

滿足的技術(shù)要求。

本標準適用于采用虛擬同步機并網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T19963風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T19964光伏發(fā)電接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T29319光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定

NB/T32004-2013光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范

GB/T36547-2018電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定

GB/T34120-2017電化學(xué)儲能系統(tǒng)儲能變流器技術(shù)規(guī)范

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

虛擬同步機virtualsynchronousmachine(VSM)

通過模擬同步發(fā)電機與同步電動機的機電暫態(tài)特性，使采用電力電子變流器并網(wǎng)的電源或負載具有

同步發(fā)電機或同步電動機的慣量、阻尼、調(diào)頻、調(diào)壓等特性。虛擬同步機主要包括虛擬同步發(fā)電機和虛

擬同步電動機。按照控制方式的不同，又將虛擬同步機分為電壓控制型虛擬同步機和電流控制型虛擬同

步機。

3.2

虛擬同步發(fā)電機技術(shù)virtualsynchronousgeneratortechnology

通過模擬同步發(fā)電機的機電暫態(tài)特性，使采用電力電子逆變器并網(wǎng)的電源具有同步發(fā)電機組的慣

量、阻尼、一次調(diào)頻、無功調(diào)壓等并網(wǎng)運行外特性的技術(shù)。

3.3

虛擬同步電動機技術(shù)virtualsynchronousmotortechnology

通過模擬同步電動機的機電暫態(tài)特性，使采用電力電子整流器并網(wǎng)的負荷具有同步電動機的慣量、

阻尼、參與電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)整等并網(wǎng)運行外特性的技術(shù)。

3.4

慣量儲能單元inertiaenergystorageunit

通過能量的存儲或釋放來模擬同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子存儲或釋放動能所采用的儲能單元，慣量儲能單元可

通過物理儲能或電化學(xué)儲能等來實現(xiàn)。

3.5

1

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虛擬同步發(fā)電機virtualsynchronousgenerator(VSG)

基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)，具有與常規(guī)同步發(fā)電機相似的外特性的并網(wǎng)裝置。從能量流的角度，將

虛擬同步發(fā)電機分為電源側(cè)虛擬同步發(fā)電機和負荷側(cè)虛擬同步發(fā)電機。從功能應(yīng)用的角度，虛擬同步發(fā)

電機分為嵌入式虛擬同步發(fā)電機和電站式虛擬同步發(fā)電機。

3.6

虛擬同步電動機virtualsynchronouselectromotor(VSEM)

基于虛擬同步電動機技術(shù)的負荷整流裝置，具有與常規(guī)同步電動機相似的外特性。

3.7

電壓控制型虛擬同步機voltagecontrolVSM

通過電壓控制實現(xiàn)并網(wǎng)運行的虛擬同步機裝置。從電網(wǎng)角度看，等效于受控電壓源，適用于分布式

電源滲透率高的弱網(wǎng)環(huán)境下的并網(wǎng)運行控制及微網(wǎng)孤島運行模式下的電壓控制。

3.8

電流控制型虛擬同步機currentcontrolVSM

通過電流控制實現(xiàn)并網(wǎng)運行的虛擬同步機裝置。從電網(wǎng)角度看，等效于受控電流源，適用于分布式

電源滲透率較低的電網(wǎng)環(huán)境下的并網(wǎng)運行控制。

3.9

單元式虛擬同步發(fā)電機unit-typeVSG

將虛擬同步發(fā)電機技術(shù)應(yīng)用于單臺機組或發(fā)電單元的虛擬同步發(fā)電機。單元式虛擬同步發(fā)電機可用

于單臺風電機組、單個光伏發(fā)電單元或儲能單元的并網(wǎng)。

3.10

電站式虛擬同步發(fā)電機station-typeVSG

將虛擬同步發(fā)電機技術(shù)應(yīng)用于整個發(fā)電廠（站）的虛擬同步發(fā)電機，使得整個發(fā)電廠（站）具有同

步發(fā)電機外特性。電站式虛擬同步發(fā)電機可用于風電場、光伏電站、儲能電站的整體發(fā)電廠（站）并網(wǎng)。

3.11

虛擬同步機有功調(diào)頻系數(shù)KfprimaryfrequencyregulationcoefficientofVSM

系統(tǒng)頻率波動時，虛擬同步機有功功率變化量標幺值（以虛擬同步機額定功率為基準值）與系統(tǒng)頻

率變化量標幺值（以系統(tǒng)額定頻率為基準值）的比值。計算方法如附錄中式（1）所示。

3.12

虛擬同步機無功電壓調(diào)節(jié)系數(shù)Kvreactivepower-voltageregulationcoefficientofVSM

虛擬同步機并網(wǎng)點電壓幅值出現(xiàn)偏差時，虛擬同步機的無功功率變化量標幺值（以虛擬同步機額定

容量為基準）與并網(wǎng)點電壓幅值變化量標幺值（以并網(wǎng)點電壓額定電壓為基準）的比值。計算方法如附

錄中式（2）所示。

3.13

虛擬同步機轉(zhuǎn)動慣量JrotaryinertiaofVSG

表征虛擬同步機模擬傳統(tǒng)同步機轉(zhuǎn)子慣性的特征參數(shù)，單位為kg?m2。

3.15

虛擬同步機阻尼系數(shù)DdampingcoefficientofVSG

用于表征虛擬同步機抑制系統(tǒng)功率振蕩能力的特征參數(shù)，單位為N·m·s/rad。阻尼系數(shù)的取值應(yīng)滿

足虛擬同步機控制系統(tǒng)動靜態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定裕度的要求。

4基本規(guī)定

2

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4.1借鑒傳統(tǒng)同步發(fā)電機典型二階方程即轉(zhuǎn)子運動方程，其表達式一般有兩個特征參數(shù)，J即虛擬同

步機轉(zhuǎn)動慣量、D為虛擬同步機阻尼系數(shù)，由于J和D的存在，變流器可模擬同步機的慣性和阻尼，

通過優(yōu)化變流器控制方式改變其內(nèi)電勢的變化速度，響應(yīng)電網(wǎng)頻率動態(tài)提供支撐（電動機運行時將Tm、

Te位置調(diào)換）。

d

JTTD()

dtme0

2

式中：J為虛擬同步機轉(zhuǎn)動慣量，kg·m；在極對數(shù)為1的情況下，同步發(fā)電機的機械角速度即為其電氣角速度；0為

電網(wǎng)同步角速度，rad/s；Tm、Te分別為同步機的機械、電磁轉(zhuǎn)矩，N·m；D為虛擬同步機阻尼系數(shù)，N·m·s/rad，借鑒

同步機通過調(diào)節(jié)勵磁來調(diào)節(jié)其無功輸出及機端電壓，通過調(diào)節(jié)虛擬同步發(fā)電機模型的虛擬電勢來調(diào)節(jié)機

端電壓和無功。

4.2虛擬同步機可通過具有虛擬同步機技術(shù)的變流單元、慣量儲能單元和相應(yīng)的控制部件來實現(xiàn)，按

照控制方式不同分為電壓控制型虛擬同步機和電流控制型虛擬同步機。

4.3依據(jù)應(yīng)用場景的不同，虛擬同步發(fā)電機分為單元式虛擬同步發(fā)電機和電站式虛擬同步發(fā)電機兩種

形式，虛擬同步電動機主要見于采用虛擬同步電動機技術(shù)的電動汽車充電樁、空調(diào)、電采暖等應(yīng)用整流

模塊的負載。

4.4單元式光伏虛擬同步發(fā)電機除應(yīng)滿足本標準的規(guī)定外，還應(yīng)滿足NB/T32004-2013的相關(guān)規(guī)定。

4.5應(yīng)用于光伏電站的電站式虛擬同步發(fā)電機除應(yīng)滿足本標準的規(guī)定外，還應(yīng)滿足GB/T19964和GB/T

29319的相關(guān)規(guī)定。

4.6應(yīng)用于風電場的電站式虛擬同步發(fā)電機除應(yīng)滿足本標準的規(guī)定外，還應(yīng)滿足GB/T19963的相關(guān)規(guī)

定。

4.7應(yīng)用于儲能電站的電站式虛擬同步發(fā)電機除應(yīng)滿足本標準的規(guī)定外，還應(yīng)滿足GB/T36547-2018

和GB/T34120-2017的相關(guān)規(guī)定。

4.8應(yīng)用于電動汽車充電樁的虛擬同步電動機除應(yīng)滿足本標準的規(guī)定外，還應(yīng)滿足GB/T36547-2018

和GB/T34120-2017的相關(guān)規(guī)定。

5功能

5.1虛擬同步發(fā)電機

1）虛擬同步發(fā)電機特別是電站式虛擬同步發(fā)電機應(yīng)具備一次調(diào)頻功能，當系統(tǒng)頻率偏差值大于設(shè)

定死區(qū)（死區(qū)宜設(shè)定為±0.03HZ~±0.05HZ），且虛擬同步發(fā)電機的有功出力大于20%PN時，虛擬同步發(fā)

電機應(yīng)調(diào)節(jié)有功輸出自主參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，一次調(diào)頻響應(yīng)應(yīng)滿足下列規(guī)定(具體要求如下)：

a．一次調(diào)頻響應(yīng)時間應(yīng)小于3s，達到一次調(diào)頻有功輸出目標值75%的時間應(yīng)不大于15s，應(yīng)

在30s內(nèi)根據(jù)響應(yīng)目標完全響應(yīng)；

b．系統(tǒng)頻率下降期間，虛擬同步發(fā)電機應(yīng)增加有功輸出且始終不低于一次調(diào)頻前的有功出力，

有功出力可增加量的最大值至少為10%PN，由于期間光伏輻照降低和風力下降引起的有功輸出下

降或者可增加量不滿足要求的情況除外；

c.系統(tǒng)頻率上升期間，虛擬同步發(fā)電機應(yīng)減少有功輸出且始終不高于一次調(diào)頻前的有功出力，

3

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有功出力可減少量的最大值至少為10%PN。

2)虛擬同步發(fā)電機應(yīng)具備自主無功調(diào)壓控制功能，一般應(yīng)具有在10s內(nèi)響應(yīng)無功控制指令的能力，

可調(diào)節(jié)的無功量應(yīng)不低于30%PN。

3）虛擬同步發(fā)電機應(yīng)具備虛擬慣性控制和阻尼控制功能，當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，虛擬同步發(fā)電機通

過慣量儲能單元存儲或釋放能量，或預(yù)留出力調(diào)節(jié)等方式，模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的慣性特性以減小系統(tǒng)

頻率變化速度；模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的阻尼特性，以減小系統(tǒng)頻率變化幅度。

5.2虛擬同步電動機

1）虛擬同步電動機應(yīng)具備響應(yīng)電網(wǎng)頻率改變自身吸收功率的功能，當系統(tǒng)頻率偏差值大于設(shè)定死

區(qū)，虛擬同步電動機應(yīng)調(diào)節(jié)有功輸入自主參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)。

2）虛擬同步電動機應(yīng)具備響應(yīng)電網(wǎng)無功電壓調(diào)整的功能，當系統(tǒng)電壓偏差值大于設(shè)定范圍，虛擬

同步電動機應(yīng)調(diào)節(jié)無功輸出自主參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)。

3）虛擬同步電動機應(yīng)具備虛擬慣性控制和阻尼控制功能，可通過慣量儲能單元存儲或釋放能量，

或預(yù)留容量等方式，由于虛擬轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)的引入，其吸收功率呈現(xiàn)與電網(wǎng)暫態(tài)過程一

致的振蕩特性，振蕩頻率和衰減速率分別有J和D的參數(shù)設(shè)計決定，使得電網(wǎng)暫態(tài)過程有相對

平緩的變化過程。

4

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虛擬同步機技術(shù)總則

編制說明

5

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目次

1編制背景······················································································································7

2編制主要原則················································································································7

3與其它標準文件的關(guān)系···································································································7

4主要工作過程················································································································7

5標準結(jié)構(gòu)和內(nèi)容·············································································································7

6條文說明······················································································································8

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1編制背景

本標準依據(jù)《國家標準委關(guān)于下達2017年第三批國家標準制修訂計劃的通知》的要求編寫。

本標準是在構(gòu)建全球能源生態(tài)、推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)和兩個替代的背景下，立項并編制的。

本標準編制主要目的是規(guī)范虛擬同步機技術(shù)的應(yīng)用，明確虛擬同步機在慣性、阻尼、頻率調(diào)整以及

無功特性方面應(yīng)具備的功能及相關(guān)技術(shù)參數(shù)的范圍，為虛擬同步機技術(shù)的應(yīng)用提供標準化支撐。

2編制主要原則

本標準根據(jù)以下原則編制：