-PAGEIII--PAGEII-摘要在“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略引領(lǐng)下，新能源發(fā)電技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用，新能源并網(wǎng)滲透率的不斷提升。由于新能源系統(tǒng)缺乏阻尼和慣量支撐,容易出現(xiàn)功率和頻率波動大、抗干擾能力差等問題，專家和學(xué)者研發(fā)出了虛擬同步發(fā)電機(jī)(VirtualSynchronousGenerator,VSG)技術(shù)，該技術(shù)能夠模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性與阻尼特性。本文調(diào)研了當(dāng)今國內(nèi)及全球的能源問題及新能源發(fā)展的重要意義，并介紹了常用的三種逆變器控制方法，進(jìn)一步介紹了VSG的工作原理，推導(dǎo)逆變器dq軸數(shù)學(xué)模型及有功-頻率、無功-電壓雙環(huán)控制模型。建立虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)仿真系統(tǒng)的小信號建模，利用根軌跡來分析虛擬慣量、阻尼系數(shù)、無功下垂系數(shù)、無功積分系數(shù)對所建立仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響，并分析參數(shù)對有功功率與頻率的影響，在此基礎(chǔ)上完成參數(shù)設(shè)計(jì)。最后，通過Matlab/Simulink平臺構(gòu)建的仿真模型進(jìn)行仿真，完成驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；虛擬同步機(jī)(VSG)；小信號建模；系統(tǒng)穩(wěn)定性AbstractUnderthestrategicguidanceofthe"dualcarbon"target,newenergygenerationtechnologyhasbeenincreasinglywidelyapplied,andthepenetrationrateofnewenergygridconnectioncontinuestoincrease.Duetothelackofdampingandinertiasupportinnewenergysystems,problemssuchaslargepowerandfrequencyfluctuations,andpooranti-interferenceabilityarepronetooccur.Expertsandscholarshaveproposedavirtualsynchronousgenerator(VSG)technologythatsimulatestheinertiaanddampingcharacteristicsoftraditionalsynchronousgenerators.Thisarticleinvestigatesthecurrentdomesticandglobalenergyissuesandthesignificanceofnewenergydevelopment,andintroducesthreecommonlyusedinvertercontrolmethods.ItfurtherintroducestheworkingprincipleofVSG,derivesthedqaxismathematicalmodeloftheinverter,andtheactivefrequencyandreactivevoltagedualloopcontrolmodels.PerformsmallsignalmodelingontheVSGsystem,analyzetheeffectsofvirtualinertia,dampingcoefficient,reactivedroopcoefficient,andreactiveintegrationcoefficientonsystemstabilityusingrootlocusanalysis,andanalyzetheimpactofparametersonactivepowerandfrequency.Basedonthis,completeparameterdesign.Finally,amodelwasbuiltusingMatlab/Simulinksoftwareforsimulationverification.Keywords:Newenergygeneration;Virtualsynchronousgenerator(VSG);Smallsignalmodeling;systemstability目錄4711摘要 I19518Abstract II13940第1章緒論 152361.1課題背景及研究的目的和意義 1211771.2虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)的發(fā)展 259651.3三相并網(wǎng)逆變器的控制策略 3293991.3.1PQ控制 4117981.3.2VF控制 4301311.3.3Droop控制 4189361.4研究內(nèi)容 517990第2章VSG原理與控制策略 6140082.1VSG的工作原理 68352.1.1VSG有功-頻率控制 667062.1.2VSG無功-電壓控制 874602.1.3VSG并網(wǎng)逆變器原理 10176022.2三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型 11259742.2.1三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 114772.2.2兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 1285972.2.3兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 12210802.2.4LC濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì) 1310812.3電壓電流雙閉環(huán)控制策略 1516062.3.1電壓外環(huán)控制設(shè)計(jì) 16195892.3.2電流內(nèi)環(huán)控制設(shè)計(jì) 1667252.4本章小結(jié) 1832377第3章VSG小信號建模與參數(shù)設(shè)計(jì) 1973493.1小信號建模 1920293.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 22166903.3VSG控制參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 23323923.3.1有功-頻率環(huán)控制參數(shù)影響 23156823.3.2無功-電壓環(huán)控制參數(shù)影響 25180013.3.3虛擬慣量與阻尼系數(shù)對有功功率和頻率影響 2779643.4本章小結(jié) 3111715第4章VSG仿真分析 3261234.1VSG仿真 32131984.2VSG仿真結(jié)果分析 36156214.3本章小結(jié) 382930結(jié)論 398164參考文獻(xiàn) 4025298致謝 42-PAGE9--PAGE8-第1章緒論1.1課題背景及研究的目的和意義當(dāng)今時(shí)代，能源短缺與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，新能源的重要性在當(dāng)今全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展中愈發(fā)凸顯：（1）傳統(tǒng)化石能源燃燒釋放大量污染物（如PM2.5、硫氧化物），導(dǎo)致霧霾和呼吸系統(tǒng)疾病，新能源的推廣直接減少空氣污染，提升公共健康水平。（2）新能源（如風(fēng)能、太陽能、水能等）幾乎不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，是替代化石能源，實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的核心路徑REF_Ref5061\r\h[1]。根據(jù)電力網(wǎng)資料顯示，2024年，中國躍居全球可再生能源生產(chǎn)榜首，同時(shí)成為能源消費(fèi)強(qiáng)度下降速度最快的國家。到2024年我國新增發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已超全球總量的40%，其中分布式能源快速增長，有力推動世界綠色能源轉(zhuǎn)型REF_Ref30827\r\h[2]。2018年到2024年的分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量如下圖1-1所示。圖1-12018年-2024年的分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量圖（3）新能源產(chǎn)業(yè)鏈（光伏組件、儲能電池、電動汽車等）已成為全球經(jīng)濟(jì)增長引擎。2023年全球新能源產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超1.5萬億美元，中國在光伏、風(fēng)電等領(lǐng)域占據(jù)全球60%以上產(chǎn)能，創(chuàng)造了新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。（4）新能源技術(shù)輸出（如中國光伏出口、歐洲海上風(fēng)電經(jīng)驗(yàn)）成為國際合作新紐帶，推動全球綠色經(jīng)濟(jì)一體化。盡管新能源發(fā)電對民生與環(huán)境存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但在新能源發(fā)電技術(shù)層面仍存在許多難解的挑戰(zhàn)REF_Ref30892\r\h[3]。中國正大力發(fā)展建設(shè)智能電網(wǎng)，鼓勵(lì)企業(yè)開發(fā)兼容性強(qiáng)、成本低的VSG解決方案，推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。1.2虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)的發(fā)展當(dāng)今時(shí)代可再生能源發(fā)電技術(shù)飛速發(fā)展，虛擬同步發(fā)電機(jī)（VirtualSynchronousGenerator,VSG）技術(shù)作為一種新型的并網(wǎng)控制策略，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛關(guān)注。VSG技術(shù)通過復(fù)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的工作特性，可有效改善電力系統(tǒng)的慣量和阻尼特性，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已由基于同步發(fā)電機(jī)的集中式發(fā)電向基于可再生能源的分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變，其慣量、阻尼缺失問題愈加嚴(yán)重然而，虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供一定的慣性、阻尼支撐，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量REF_Ref8320\r\h[4]。但VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)直接影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。由此可見，深入探究VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化與仿真，具有非常重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用前景。在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，VSG技術(shù)將在分布式能源系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用，助力構(gòu)建高彈性電網(wǎng)。國內(nèi)外研究均表明，VSG技術(shù)是解決新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，但需進(jìn)一步突破技術(shù)瓶頸并推動標(biāo)準(zhǔn)化。國內(nèi)在工程應(yīng)用與算法優(yōu)化方面進(jìn)展顯著，而國外更側(cè)重基礎(chǔ)理論與多場景協(xié)同控制。未來需結(jié)合政策支持與技術(shù)迭代，實(shí)現(xiàn)VSG在智能電網(wǎng)中的全面落地。因此，在新能源發(fā)電方面，VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定與高效有著至關(guān)重要的作用。VSG采用同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型作為逆變器控制算法基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電力電子裝置對旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字仿真，利用同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻調(diào)壓的仿真技術(shù)，賦予并網(wǎng)逆變器平抑頻壓波動、智能功率分配和同步并網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)合功能。典型VSG拓?fù)渲兄绷麟娫?、逆變電路與LC濾波器是基礎(chǔ)功能模塊，VSG技術(shù)借助逆變器控制嵌入同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)直流電源對同步發(fā)電機(jī)功率傳輸特性的仿真，從系統(tǒng)層面分析，若將開關(guān)動作產(chǎn)生的高次諧波排除在外，虛擬同步發(fā)電機(jī)可等效替代同步發(fā)電機(jī)。在傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組中，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性主要由機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件和電磁繞組結(jié)構(gòu)所提供的轉(zhuǎn)動慣量及阻尼效應(yīng)來保障；相比之下，虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）作為一種新型的解決方案，慣量支撐與阻尼特性的實(shí)現(xiàn)需要通過配置適當(dāng)?shù)膬δ苎b置。虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)的研究問題大致可以分為五個(gè)層面，包括底層控制、建立數(shù)學(xué)模型、確定VSG控制方法、穩(wěn)定性分析和VSG技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，而本文采用基礎(chǔ)的PI控制策略。在理解虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）的實(shí)現(xiàn)機(jī)理與控制策略后，可以深入了解VSG技術(shù)的動態(tài)運(yùn)行特征，還能為控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。這種相輔相成的研究路徑，能有效促進(jìn)VSG技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前，對VSG技術(shù)的研究主要分為兩種：一種是基于電流源型控制模式，另一種是電壓源型控制模式。電流型虛擬同步機(jī)采用控制算法產(chǎn)生基準(zhǔn)電流，以抑制干擾并參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓，但其在弱電網(wǎng)中不能提供電壓支持。因此，本文研究重點(diǎn)是針對電壓控制的VSG。在物理回路方面，以風(fēng)力、光伏等新能源為代表的新能源發(fā)電系統(tǒng)，利用功率電子設(shè)備將其轉(zhuǎn)換、控制，并將其輸入到直流母線上。采用了一種由虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的并網(wǎng)逆變器和接線方式，并將其接入到交流電網(wǎng)中。利用開關(guān)在VSG的控制下，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器在離網(wǎng)與并網(wǎng)之間的無縫切換。1.3三相并網(wǎng)逆變器的控制策略三相并網(wǎng)逆變器主要應(yīng)用于容量較大的發(fā)電系統(tǒng)中，使用范圍較廣，其分類方法有多種形式。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，三相并網(wǎng)逆變器作為中高功率等級發(fā)電系統(tǒng)的核心電力轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用場景非常廣泛。根據(jù)不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求，三相并網(wǎng)逆變器存在多種分類方法。從直流儲能單元特性來看，逆變器主要?jiǎng)澐譃殡妷涸葱团c電流源型兩大類別；而按電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分，則可以劃分為組合式、半橋式以及全橋式三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。實(shí)際生活應(yīng)用中，通常采用電壓型三相全橋逆變器。在三相并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，濾波器作為重要的無源組件，其核心功能是消除功率開關(guān)器件引發(fā)的高頻諧波干擾?，F(xiàn)今廣泛應(yīng)用的濾波器類型主要有單電感型、LC組合型和雙電感單電容型三種，相比其他類型，LCL型濾波器濾波效果最好，較L型濾波拓?fù)涠裕瑢Ω哳l干擾的衰減程度更高，若需實(shí)現(xiàn)同等濾波效果，LCL型濾波器對電感量的需求更低，空間占用少，成本控制佳，多見于功率較大的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)。而本文則采用LC型濾波器，其結(jié)構(gòu)較為簡單，體積小，成本低，應(yīng)用廣泛且方便。自并網(wǎng)逆變器研究發(fā)展以來，基本逆變器控制策略主要有三種，分別為恒有功無功功率控制（PQ控制）、恒壓恒頻控制（VF控制）、下垂控制（Droop控制）REF_Ref8154\r\h[5]。1.3.1PQ控制PQ控制常應(yīng)用在微電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變器中，在并網(wǎng)逆變器中，光伏、風(fēng)電等可再生能源系統(tǒng)通過PQ控制向電網(wǎng)注入指定功率。當(dāng)微電網(wǎng)的電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)波動時(shí)系統(tǒng)能通過對功率指令的追蹤來保證輸出穩(wěn)定的功率。由于在PQ控制策略下，輸出電壓和頻率可能會受到外部電網(wǎng)電壓變化的影響，這種策略僅在并網(wǎng)模式下使用，但為了使PQ控制也適用于孤島模式，則需要與VF控制相結(jié)合。1.3.2VF控制VF控制是一種在電力系統(tǒng)中維持電壓和頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于離網(wǎng)或孤島運(yùn)行的分布式能源系統(tǒng)（如微電網(wǎng)）。其核心目標(biāo)是確保系統(tǒng)在脫離大電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，始終為負(fù)載提供符合標(biāo)準(zhǔn)的電壓幅值和頻率。VF控制通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的電壓和頻率參數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)逆變器或發(fā)電機(jī)的輸出功率，以抵消負(fù)荷波動或能源輸入變化帶來的影響。例如，當(dāng)負(fù)載突然增加導(dǎo)致電壓下降時(shí)，控制系統(tǒng)會迅速增加有功或無功功率輸出，將電壓拉回設(shè)定值；若頻率因功率失衡出現(xiàn)偏移，則通過調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)速或功率分配恢復(fù)頻率穩(wěn)定。這種控制模式特別適用于新能源發(fā)電系統(tǒng)（如光伏、風(fēng)電）與儲能裝置協(xié)同工作的場景，在電網(wǎng)故障時(shí)保障關(guān)鍵負(fù)荷的持續(xù)可靠供電，與并網(wǎng)時(shí)常用的PQ控制（功率控制模式）形成互補(bǔ)。1.3.3Droop控制Droop控制是一種廣泛應(yīng)用于微電網(wǎng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)的自主調(diào)節(jié)策略，旨在實(shí)現(xiàn)多電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的功率合理分配與系統(tǒng)穩(wěn)定。該控制策略的本質(zhì)在于可以模擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電特性，具體實(shí)現(xiàn)方式為：依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)（包括但不限于系統(tǒng)頻率、母線電壓等電氣量），自主調(diào)節(jié)電源的的有功功率、無功功率輸出。具體而言，當(dāng)電網(wǎng)頻率因負(fù)荷增加而下降時(shí)，各電源依據(jù)預(yù)設(shè)的“下垂系數(shù)”按比例增加有功功率輸出，從而抑制頻率跌落并均衡分擔(dān)負(fù)荷需求；同理，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓降低時(shí)，電源會相應(yīng)提升無功功率輸出以支撐電壓。這種控制方式無需依賴高速通信網(wǎng)絡(luò)，僅通過本地反饋即可實(shí)現(xiàn)分散協(xié)調(diào)，顯著提高了系統(tǒng)的可靠性與適應(yīng)性。在并網(wǎng)場景下，下垂控制既能與主網(wǎng)協(xié)同維持全局穩(wěn)定，又可在離網(wǎng)時(shí)無縫切換為獨(dú)立運(yùn)行模式，成為構(gòu)建靈活、彈性電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.4研究內(nèi)容本文進(jìn)行了VSG并網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真，研究虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)（VSG技術(shù)）工作原理，建立逆變器的dq軸數(shù)學(xué)模型，同步完成有功-頻率環(huán)和無功-電壓環(huán)的推導(dǎo)，采用小信號分析法，評估阻尼及虛擬慣量等參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，再利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行仿真。文章內(nèi)容安排如下：首章，介紹了當(dāng)今全球面臨著嚴(yán)峻的能源問題，新能源發(fā)電在將來發(fā)揮重大作用，虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)對分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)起著至關(guān)重要的作用，直接影響能源轉(zhuǎn)化效率，引出了VSG可以提供阻尼、慣量支撐在高比例滲透率新能源發(fā)電中將占據(jù)重要地位，具有高度研究價(jià)值。還介紹了三種常用的逆變器控制策略。第二章，介紹了虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）控制的并網(wǎng)逆變器的工作原理，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，首先通過Clark變換實(shí)現(xiàn)三相靜止坐標(biāo)系（abc）到兩相靜止坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，緊接著利用Park變換實(shí)現(xiàn)兩相靜止系到dq旋轉(zhuǎn)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，完成并網(wǎng)逆變器在dq系的數(shù)學(xué)建模?；谠撃Ｐ停M(jìn)一步推導(dǎo)出有功-頻率、無功-電壓雙閉環(huán)控制模型。第三章，為分析小擾動下的穩(wěn)定性對VSG進(jìn)行小信號建模，利用根軌跡來分析虛擬慣量、阻尼系數(shù)、無功下垂系數(shù)、無功積分系數(shù)對所建立仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響，再利用控制變量法分別研究虛擬慣量、阻尼系數(shù)對有功功率和頻率的影響。最后，在穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。第四章，建立合理且正確的VSG并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型，確定參數(shù)并進(jìn)行仿真運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，再對系統(tǒng)增加擾動，讓系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。在傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，同步發(fā)電機(jī)組作為主要發(fā)電單元，其機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件和電磁繞組結(jié)構(gòu)能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量及阻尼特性支撐。然而，隨著分布式發(fā)電滲透率增加，越來越多的電力電子設(shè)備入網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器本身所具有的低慣性、無阻尼特點(diǎn)對電力系統(tǒng)造成了不好的影響，特別是頻率和電壓調(diào)節(jié)能力的下降導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。第2章VSG原理與控制策略2.1VSG的工作原理2.1.1VSG有功-頻率控制在有功負(fù)荷突變情況下，電磁功率隨之改變，輸入機(jī)械功率和電磁功率出現(xiàn)不平衡，系統(tǒng)頻率隨之改變，系統(tǒng)頻率作為反饋信號，通過有功-頻率調(diào)節(jié)對其進(jìn)行校正，經(jīng)控制算法運(yùn)算后輸出調(diào)節(jié)閥門開度，實(shí)現(xiàn)對虛擬同步發(fā)電機(jī)機(jī)械功率的精準(zhǔn)調(diào)控，使之與達(dá)到新的平衡狀態(tài)，其控制原理流程圖如圖2-1所示。圖2-1虛擬同步發(fā)電機(jī)有功-頻率控制流程圖有功功率與系統(tǒng)頻率存在既定對應(yīng)關(guān)系，此特性可由“同步發(fā)電機(jī)有功-頻率靜特性曲線”加以表達(dá)，見圖2-2，系統(tǒng)在B點(diǎn)開始穩(wěn)定運(yùn)行的初始階段。假設(shè)頻率為額定值，有功功率為額定值；當(dāng)有功負(fù)荷突然減小到時(shí)，通過有功-頻率調(diào)節(jié)器調(diào)整頻率至，系統(tǒng)頻率大于，穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)；當(dāng)有功負(fù)荷突然增大到時(shí)，通過有功-頻率調(diào)節(jié)器調(diào)整頻率至，系統(tǒng)頻率小于，穩(wěn)定運(yùn)行于C點(diǎn)。圖2-2同步發(fā)電機(jī)有功功率-頻率特性曲線有功-頻率調(diào)節(jié)系數(shù)為： （2-1）同步發(fā)電機(jī)具有的慣性特性顯著，若出現(xiàn)有功負(fù)荷瞬時(shí)波動，由于轉(zhuǎn)子中蓄積了機(jī)械動能，使得頻率呈現(xiàn)非階躍式過渡，采用同步發(fā)電機(jī)機(jī)械運(yùn)動模型設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器控制，賦予并網(wǎng)逆變器類似同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械動態(tài)響應(yīng)特性。從同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動模型出發(fā)，推導(dǎo)得到VSG的功頻控制數(shù)學(xué)模型： （2-2）上式2-2中——虛擬同步發(fā)電機(jī)輸入有功功率；——逆變器輸出有功功率；——額定角頻率；——虛擬同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量；——虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出角頻率；——阻尼系數(shù)；——逆變器側(cè)電壓的相角。當(dāng)系統(tǒng)有功負(fù)荷突增，隨之增加，輸出頻率減??；當(dāng)系統(tǒng)有功負(fù)荷突減，輸出有功功率隨之減小，輸出頻率增大。在動態(tài)過程中，由于轉(zhuǎn)動慣量，輸出頻率并不會突變，且越大，頻率變化越平緩，阻尼系數(shù)可以減小頻率波動的峰值。若并網(wǎng)逆變器接入大規(guī)模電網(wǎng)時(shí)，逆變器頻率受電網(wǎng)電壓源特性鉗制，此階段不需頻率調(diào)控，系統(tǒng)頻率由電網(wǎng)絕對主導(dǎo)，并網(wǎng)逆變器僅需跟隨功率指令維持并網(wǎng)狀態(tài)，面對分布式電源滲透率較高的脆弱電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)逆變器需配置必要的頻率調(diào)控模塊，若系統(tǒng)有功負(fù)荷突然改變，電網(wǎng)頻率產(chǎn)生明顯振蕩，此時(shí)VSG系統(tǒng)可靈活改變輸入功率，提高系統(tǒng)的調(diào)頻能力。逆變器輸入功率調(diào)整過程如下式所示，頻率調(diào)節(jié)系數(shù)決定頻率變化時(shí)逆變器輸入功率的大小。當(dāng)系統(tǒng)頻率大于時(shí)，說明系統(tǒng)功率存在冗余，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率較高，當(dāng)逆變器輸入功率小于,從系統(tǒng)吸收有功功率，以減小系統(tǒng)頻率波動；當(dāng)系統(tǒng)頻率小于時(shí)，說明系統(tǒng)有功功率不足，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率較低，當(dāng)逆變器輸入功率大于，向系統(tǒng)釋放有功功率，以減小系統(tǒng)頻率波動。 （2-3）上式2-3中——逆變器有功參考值。根據(jù)上述公式可得虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率-頻率控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如下圖2-3所示。該結(jié)構(gòu)圖分別由調(diào)速器部分和轉(zhuǎn)子運(yùn)動部分組成。VSG在離網(wǎng)狀態(tài)下，下垂控制部分和轉(zhuǎn)子運(yùn)動部分協(xié)同控制調(diào)節(jié)，保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；VSG并網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，微電網(wǎng)的角速度受到電網(wǎng)角速度的鉗制，使得兩者誤差維持在0，此時(shí)逆變器側(cè)的電壓角速度和電網(wǎng)側(cè)電壓角速度都保持在穩(wěn)定運(yùn)行。有功下垂控制環(huán)節(jié)失去調(diào)節(jié)作用，整個(gè)并網(wǎng)過程由轉(zhuǎn)子運(yùn)動的虛擬慣量和阻尼特性對有功-頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，需要嚴(yán)格按照同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)選擇辦法對、、進(jìn)行參數(shù)選取設(shè)置。阻尼系數(shù)選取的過小，頻率在達(dá)到穩(wěn)態(tài)過程中超調(diào)會變大，過大則會導(dǎo)致系統(tǒng)頻率達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間過長REF_Ref8320\r\h[6]。圖2-3VSG有功功率-頻率控制流程圖由圖可知，VSG的有功-頻率控制模塊通過下垂控制部分和轉(zhuǎn)子運(yùn)動部分可以得到相應(yīng)的角速度偏差，隨后偏差和額定角速度相加之后再做積分運(yùn)算即可得到逆變器側(cè)的相位，從而可以達(dá)到控制逆變器側(cè)電壓的頻率。2.1.2VSG無功-電壓控制虛擬同步發(fā)電機(jī)借助勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對無功功率輸出進(jìn)行調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定控制，若無功負(fù)荷瞬時(shí)波動，此時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器即自動進(jìn)行電壓校正，對應(yīng)的無功-電壓下垂特性曲線見圖2-4。當(dāng)系統(tǒng)初始運(yùn)行于B點(diǎn)時(shí)，電壓為額定值；當(dāng)無功負(fù)荷突減至，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整，電壓幅值為，大于額定值，穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)；當(dāng)系統(tǒng)無功負(fù)荷突增至，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整，電壓幅值為，小于額定值，穩(wěn)定運(yùn)行于C點(diǎn)。圖2-4虛擬同步發(fā)電機(jī)無功-電壓特性曲線無功-電壓調(diào)節(jié)系數(shù)表示為： （2-4）為并網(wǎng)逆變器控制方案添加無功-電壓調(diào)節(jié)部分，讓三相并網(wǎng)逆變器獲得類似同步發(fā)電機(jī)的初始頻率響應(yīng)能力，即如下式： （2-5）上式2-5中——輸出電壓；——額定電壓幅值；——額定無功功率。圖2-5VSG無功-電壓控制流程圖根據(jù)上式可得無功-電壓控制的結(jié)構(gòu)圖，如圖2-5所示，其工作原理為：對VSG逆變器側(cè)輸出的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過功率計(jì)算模塊可以得到逆變器側(cè)輸出的實(shí)際無功功率隨后將其與設(shè)定的額定無功功率進(jìn)行作差，然后將差值乘以無功下垂系數(shù)之后與參考電壓相加得到輸出電壓。VSG的無功-電壓控制中無功變化量和電壓變化量由于無功下垂系數(shù)的約束，使其一直維持在平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)功能，使系統(tǒng)調(diào)參難度降低。在上述的圖2-5無功-電壓控制結(jié)構(gòu)圖上加入勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制得到了無功-電壓整體控制框圖。勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制的加入減小了電壓的誤差量，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓對參考電壓的有效跟蹤，使電壓幅值平滑變化。下圖2-6為無功-電壓整體控制結(jié)構(gòu)框圖，其中包括電壓調(diào)節(jié)部分和勵(lì)磁調(diào)節(jié)部分。為積分系數(shù)。圖2-6無功-電壓控制整體結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上圖2-6，可以得到其相應(yīng)的關(guān)系式為： （2-6）上式2-6中——?jiǎng)?lì)磁電動勢；——無功-電壓控制的下垂系數(shù)；——無功環(huán)積分系數(shù)。2.1.3VSG并網(wǎng)逆變器原理為了將VSG技術(shù)與并網(wǎng)逆變器結(jié)合在一起，首先將虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率作為負(fù)反饋量，送入有功-頻率下垂環(huán)節(jié)，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸入功率，再經(jīng)過慣性和阻尼環(huán)節(jié)，可得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率，經(jīng)過積分可以得出相位指令值。同時(shí)將并網(wǎng)逆變器的輸出無功功率送入無功-電壓下垂環(huán)節(jié)中，然后生成電壓指令值，由和得到VSG三相參考電壓，通過3s/2s變換，在兩相靜止坐標(biāo)系下，經(jīng)過虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓控制，最后通過PWM調(diào)制生成脈沖，來控制IGBT的開通和關(guān)斷REF_Ref8493\r\h[7]。其控制流程圖如圖2-7所示。圖2-7VSG控制流程圖2.2三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型在對三相并網(wǎng)逆變器進(jìn)行穩(wěn)定性分析及控制策略研究時(shí)，需要對其建立較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，才能使研究結(jié)論具有普遍性及正確性。本課題所提到的虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的載體使用的是三相全橋LC型逆變器，所以三相逆變器的數(shù)學(xué)建模尤為重要，下圖2-8為三相全橋LC型逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-8三相全橋LC型逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上圖2-8中的電氣量表示為：為直流電壓源，、、為三相全橋橋臂電壓，、、為濾波電感電流，為橋臂側(cè)濾波電感，為濾波電感寄生電阻，、、為濾波電容電壓，為濾波電容，、、為逆變器輸出電流，為電網(wǎng)側(cè)電感，為電網(wǎng)側(cè)電阻，、、為電網(wǎng)電壓。2.2.1三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型根據(jù)基爾霍夫電壓定律和電流定律，可得三相靜止坐標(biāo)系下的逆變器主電路的數(shù)學(xué)模型，如下： （2-7）三相靜止坐標(biāo)系中VSG逆變器的數(shù)學(xué)模型由公式2-7描述，除常系數(shù)部分外，全部變量皆為交流量，由此產(chǎn)生的信號特性增加了控制方案的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，當(dāng)采用典型VSG控制結(jié)構(gòu)時(shí)，其核心是VSG算法支撐，采用雙環(huán)電壓電流控制策略支撐系統(tǒng)工作，在電壓外環(huán)采用PI控制器的場合下，鑒于PI控制單元的單階本質(zhì)，對交流給定量的追蹤失效，故需對數(shù)學(xué)模型實(shí)施坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，變換得到兩相旋轉(zhuǎn)系直流信號后實(shí)施閉環(huán)控制。2.2.2兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型由于三相靜止坐標(biāo)系的三個(gè)變量存在耦合關(guān)系，借助Clark變換將三相靜止坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)為兩相坐標(biāo)系，根據(jù)等量變換原則，采用能量不變約束，由此可得Clark變換的矩陣形式： （2-8）經(jīng)Clark變換可得到兩相靜止坐標(biāo)系下的逆變器模型，如下： （2-9）2.2.3兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型通過Park變換將兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，如下： （2-10）對應(yīng)的逆矩陣為： （2-11）三相逆變器在dq軸下的數(shù)學(xué)模型如下： （2-12）2.2.4LC濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)并網(wǎng)電路中，逆變器輸出的電壓主要是以50Hz的基波正弦電壓為主，但由于逆變器和非線性元件的原因，導(dǎo)致在輸出的電壓和電流中含有高次諧波，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量。為解決并網(wǎng)過程中的諧波問題，實(shí)現(xiàn)順利并網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)為電路布置濾波結(jié)構(gòu)，基于組成元件，濾波器分為有源和無源兩大類，由于有源器件帶寬制約，有源濾波器性能受限，穩(wěn)定性較無源濾波器稍遜，故一般優(yōu)先采用無源濾波器。若是選擇無源LCL型濾波器的話，其對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求較高且難以控制，同時(shí)也會加大成本和占地區(qū)域，而LC型濾波器能夠完成并網(wǎng)濾波的任務(wù)，同時(shí)也簡單操作。微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)觀測到的諧波多為高次分量，故本文采用無源二階LC低通濾波電路，下圖2-9呈現(xiàn)了LC型濾波器的結(jié)構(gòu)組成。圖2-9LC型濾波器結(jié)構(gòu)原理圖LC型濾波器主要是由一個(gè)電感和電容組成，利用電感和電容的器件特點(diǎn)對輸出電壓進(jìn)行諧波濾除，使系統(tǒng)具有抗干擾能力。其傳遞函數(shù)為： （2-13）上式2-13中——濾波電感；——濾波電容；——負(fù)荷；——諧振頻率；——阻尼比。在濾波器中振蕩角頻率和阻尼比是重要參數(shù)，其表達(dá)式如下： （2-14）LC濾波器的幅頻特性和相頻特性如下： （2-15）其對數(shù)幅頻特性為： （2-16）濾波器的截止頻率為： （2-17）基于LC濾波結(jié)構(gòu)的頻率特性分析，LC型濾波器實(shí)現(xiàn)有效濾波需滿足雙重條件：一是系統(tǒng)基波頻率（額定頻率）必須遠(yuǎn)低于截止頻率；二是開關(guān)頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于截止頻率。由此可以得到截止頻率的取值范圍，如下所示： （2-18）上式2-18中=50Hz——基波頻率；=20kHz——PWM開關(guān)頻率；——截止頻率。因此可以得到截止頻率范圍為： （2-19）因此，取截止頻率為： （2-20）由于 （2-21）可得出符合要求的濾波電感、濾波電容值： （2-22）2.3電壓電流雙閉環(huán)控制策略根據(jù)參考坐標(biāo)系的不同，在實(shí)際工程應(yīng)用中，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)主要存在兩種典型實(shí)現(xiàn)方案：一種是基于靜止（abc）坐標(biāo)系的控制架構(gòu)，第二種是采用同步旋轉(zhuǎn)（dq）坐標(biāo)系的控制方案。dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的控制結(jié)構(gòu)能夠更直觀方便地借助常規(guī)控制器進(jìn)行控制REF_Ref8578\r\h[8]。因此，本文采用dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓電流雙閉環(huán)控制策略。在傳統(tǒng)的變頻器控制中，采用的是內(nèi)部電流控制回路來保持變頻器輸出電流恒定。而虛擬同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)部控制環(huán)路由穩(wěn)壓器和電流控制兩部分組成，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓和輸出電流的恒定。該方法將參考電壓與電容電壓之差補(bǔ)償?shù)絇I控制器中，構(gòu)成一個(gè)電壓外回路。通過電壓外環(huán)得到的輸出值被用作電流內(nèi)環(huán)控制的參考值。利用參考電壓和電容電壓差值為輸入，對電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行閉環(huán)控制，最后完成對三相電壓的前饋控制。將三相正弦分量分解為d軸和q軸兩個(gè)分量進(jìn)行分別控制的方法，并結(jié)合VSG控制的雙輸出，實(shí)現(xiàn)輸出合成量。在微電網(wǎng)的控制技術(shù)中，傳統(tǒng)的逆變器常常采用電壓電流雙閉環(huán)PI控制策略進(jìn)行電壓電流跟蹤。其中，PI由于控制原理簡單，響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，因此在電壓電流跟蹤控制中起到了關(guān)鍵作用，它能夠根據(jù)誤差信號調(diào)整輸出，減小誤差并達(dá)到期望的控制目標(biāo)REF_Ref9006\r\h[9]。首先，通過dq分解將三相交流量轉(zhuǎn)換為直流量，便于逆變器的控制計(jì)算。然后，設(shè)計(jì)電壓外環(huán)PI控制器穩(wěn)定VSG的輸出電壓，外環(huán)控制的PI控制器以VSG輸出電壓與參考電壓之間的誤差信號作為基準(zhǔn)值計(jì)算出一個(gè)輸出量，該輸出量即為電流內(nèi)環(huán)的參考量。然后，設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)PI控制器穩(wěn)定VSG的輸出電流，將VSG輸出電流與電流內(nèi)環(huán)參考量的差值輸入到另一個(gè)PI控制器中，這個(gè)PI控制器會根據(jù)電流誤差調(diào)整其輸出，以實(shí)現(xiàn)對輸出電流的控制。最后，電壓或電流作為PWM控制輸入量，生成相應(yīng)的脈沖信號驅(qū)動逆變器。在電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的具體設(shè)計(jì)中，還需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況調(diào)整各PI控制器的比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)等參數(shù)，以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和性能REF_Ref11514\r\h[10]。2.3.1電壓外環(huán)控制設(shè)計(jì)在逆變器底層控制中，設(shè)置電壓外環(huán)主要目的是維持系統(tǒng)電壓的魯棒性，電壓外環(huán)控制中，首先要將跟蹤電壓的指令值與VSG系統(tǒng)輸出電壓作差，然后將求得的差值作為PI控制器的輸入，最后還要進(jìn)行解除d軸和q軸間之間相關(guān)變量的耦合影響。兩相（dq）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器電壓外環(huán)的狀態(tài)方程為： （2-23）電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)理念既要實(shí)現(xiàn)電壓無差調(diào)節(jié)，又要增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，電壓外環(huán)以電容電壓對參考值的偏差為輸入基準(zhǔn)，采用PI控制環(huán)節(jié)調(diào)整，引入前饋解耦分量及前饋補(bǔ)償量，所得結(jié)果作為電流環(huán)的給定參考值，電流控制采用電壓外環(huán)PI控制器的表達(dá)式為： （2-24）其中：電壓外環(huán)PI控制器的比例系數(shù)為，積分系數(shù)為；dq坐標(biāo)電壓參考值分量分別為和，外環(huán)控制器的解耦項(xiàng)分別為和。由于d和q軸的電壓分量中依然含有對方的相關(guān)變量，因此逆變器輸出的d軸和q軸變量仍未實(shí)現(xiàn)完全解耦。所以需要進(jìn)一步消除耦合，解耦后的結(jié)果下所示： （2-25）2.3.2電流內(nèi)環(huán)控制設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)的作用是對VSG的輸出電流進(jìn)行跟蹤，減小系統(tǒng)誤差并提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。其解耦思路與電壓外環(huán)的解耦思路一致。在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，并網(wǎng)逆變器電流內(nèi)環(huán)的狀態(tài)方程為： （2-26）電流內(nèi)環(huán)PI控制器的表達(dá)式為： （2-27）其中：電流內(nèi)環(huán)PI控制器的比例系數(shù)為，積分系數(shù)為，dq坐標(biāo)下電流參考值分量分別為和；內(nèi)環(huán)控制器的解耦項(xiàng)分別為和。同理，逆變器輸出電流也存在耦合現(xiàn)象，解耦后的結(jié)果如下所示： （2-28）綜上所示，可以得到電壓電流雙閉環(huán)PI控制框圖，如下圖2-10所示：圖2-10dq坐標(biāo)系下的電壓電流雙閉環(huán)PI控制框圖由于前饋解耦相的存在，實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)中電壓和電流在d軸和q軸的控制相互獨(dú)立，互不干擾。電壓外環(huán)使得VSG的輸出電壓能夠穩(wěn)定輸出，電流內(nèi)環(huán)減少了電路故障的影響，提高了系統(tǒng)對參數(shù)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和快速性。同時(shí)也提高了逆變器的安全性。2.4本章小結(jié)開章即對VSG控制中的有功頻率調(diào)節(jié)和無功電壓調(diào)控原理進(jìn)行說明，依托并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行原理的剖析，基于并網(wǎng)逆變器的拓?fù)湫问剑⑷囔o止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，通過Clark變換將三相靜止坐標(biāo)系模型轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系模型。最后借助Park變換建立兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型，依照任務(wù)書需求進(jìn)行LC對濾波器的參數(shù)調(diào)整。系統(tǒng)控制采用PI調(diào)節(jié)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在電流內(nèi)環(huán)中完成VSG輸出電流的跟蹤，用來減小系統(tǒng)誤差并提高該系統(tǒng)的響應(yīng)速度，而電壓外環(huán)用來維持系統(tǒng)電壓的魯棒性。第3章VSG小信號建模與參數(shù)設(shè)計(jì)3.1小信號建模信號穩(wěn)定性分析是指電力系統(tǒng)在小擾動模式下，對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析和控制的一種方法REF_Ref11902\r\h[11]。其中小擾動包括在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中發(fā)生頻率低下、振幅較小的擾動。其主要來源于電力設(shè)備和電力設(shè)施的影響，例如設(shè)備出現(xiàn)故障或者系統(tǒng)負(fù)載突變等狀況。導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)生變化，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，小擾動是不可避免地會存在。因此，對并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行小信號穩(wěn)定性分析有利于提高并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性REF_Ref11514\r\h[12]。在VSG控制器中，虛擬慣量和阻尼系數(shù)影響著并網(wǎng)頻率的變化，而無功下垂系數(shù)和比例系數(shù)影響著輸出電壓的特性。針對并網(wǎng)系統(tǒng)中電路參數(shù)變化等狀況，對虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）控制模塊搭建小信號數(shù)學(xué)模型REF_Ref11902\r\h[13]。通過對虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）控制器小信號模型分析，研究出各種參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的影響以及其控制規(guī)律。從而對VSG控制器的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)REF_Ref11984\r\h[14]。如下圖3-1所示，為虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）并網(wǎng)等效電路圖。為逆變器的輸出電壓，為電網(wǎng)電壓，為虛擬同步發(fā)電機(jī)的相角，通常情況下很小。圖3-1VSG并網(wǎng)等效電路圖從圖中可以得系統(tǒng)等效阻抗為： （3-1）上式3-1中——等效阻抗角；——系統(tǒng)等效阻抗。虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）輸出的有功功率、無功功率和虛擬同步發(fā)電機(jī)的相角的表達(dá)式如下式所示： （3-2）其中為為VSG輸出角頻率，為電網(wǎng)角頻率。由上式可得： （3-3）由于相角通常情況下很小，因此,。對上式中的和進(jìn)行求偏導(dǎo)可得： （3-4）通過對上式分析可知，由于電阻和電感的存在，虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）輸出的有功功率和無功功率之間存在耦合。因此，為了后續(xù)分析的簡便，假設(shè)線路中的電阻=0，此時(shí)線路呈現(xiàn)為純感性。虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）輸出的有功功率的變化僅與虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）的輸出相角有關(guān)，而無功功率的變化僅與VSG輸出電壓的大小有關(guān)，兩者之間便不存在耦合。此時(shí)解耦后的虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）輸出有功功率和無功功率表達(dá)式如下： （3-5）根據(jù)前面章節(jié)中構(gòu)建的虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）模型以及上述所得的VSG輸出的有功功率和無功功率的表達(dá)式。對虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）控制模塊進(jìn)行小信號模型搭建，將虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）控制模塊中的各狀態(tài)變量改寫成穩(wěn)態(tài)值和小擾動變化量的組合，得到： （3-6）上式3-6中——系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下相角;——VSG輸出角頻率;——電網(wǎng)角頻率;——輸出電壓;——VSG輸出有功功率;——VSG輸出無功功率。，，，，，為其小擾動量。將上式帶入VSG控制模塊中后進(jìn)行線性化處理后可得： （3-7）上面所得公式為在時(shí)域狀態(tài)下的方程，通過拉普拉斯變換，得到在復(fù)頻域下的方程為： （3-8）通過上面所得公式的關(guān)系式，可以得到有功-頻率控制環(huán)和無功-電壓控制環(huán)的小信號控制模型。下圖3-2為有功-頻率控制環(huán)的小信號模型的控制結(jié)構(gòu)圖：圖3-2有功-頻率控制環(huán)的小信號模型的控制結(jié)構(gòu)圖根據(jù)流程圖可以得出有功-頻率環(huán)小信號模型的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （3-9）圖3-3為無功-電壓控制環(huán)的小信號模型的控制結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-3無功-電壓控制環(huán)的小信號模型的控制結(jié)構(gòu)圖根據(jù)圖3-3的流程圖可以得出無功-電壓環(huán)小信號模型的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （3-10）3.2系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)在仿真模型的搭建中，首先要計(jì)算出分布式發(fā)電系統(tǒng)的電壓，即直流電源的取值。仿真中，交流電壓的相電壓的幅值為380V，頻率為50Hz。采用PWM調(diào)制方式時(shí)，逆變器直流側(cè)電壓和交流側(cè)的相電壓的關(guān)系為： （3-11）上式3-11中——死區(qū)修正系數(shù)，其范圍為0.8≤≤0.9。因此，直流側(cè)的電壓的取值范圍是： （3-12）本課題要求直流側(cè)電壓的范圍為700V~800V，因此本課題將直流側(cè)電源電壓設(shè)置為800V。其次，分別計(jì)算出VSG算法中核心參數(shù)轉(zhuǎn)動慣量和阻尼系數(shù)的取值范圍。對轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程進(jìn)行分析，得到VSG阻尼系數(shù)與轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系為： （3-13）進(jìn)而可以得到阻尼系數(shù)的表達(dá)式： （3-14）式中：為VSG系統(tǒng)有功功率參考值，和分別為額定頻率和頻率偏差量。虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）的阻尼系數(shù)和功頻調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)的變化會對VSG的虛擬慣性產(chǎn)生直接影響。其中，功頻調(diào)節(jié)的時(shí)間常數(shù)是決定VSG系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，通常在2至7秒范圍內(nèi)。因此，VSG系統(tǒng)中的虛擬轉(zhuǎn)動慣量可以用以下公式計(jì)算： （3-15）當(dāng)虛擬轉(zhuǎn)動慣量J的取值增大時(shí)，意味著系統(tǒng)的慣性隨之增強(qiáng)，這將導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)頻率的變化幅度降低，因此系統(tǒng)需要更長的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。3.3VSG控制參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響3.3.1有功-頻率環(huán)控制參數(shù)影響根據(jù)小信號建模推導(dǎo)出來的有功-頻率環(huán)模型小信號的閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式，可以得出，在有功-頻率環(huán)中，影響其穩(wěn)定性的參數(shù)主要為虛擬慣量和阻尼系數(shù)REF_Ref15057\r\h[15REF_Ref15433\r\h]。因此，為了分析其變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，分別繪制出其為變化量時(shí)有功-頻率環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖REF_Ref15433\r\h[16]。當(dāng)虛擬慣量為定值，阻尼系數(shù)逐漸增大時(shí)（=0.5，從0-60間隔1變化）。得到此時(shí)有功-頻率環(huán)的閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖，如圖3-4所示。圖3-4阻尼系數(shù)變化時(shí)有功-頻率環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖通過圖3-4所繪制的根軌跡圖，可知在阻尼系數(shù)較小的時(shí)候，極點(diǎn)呈現(xiàn)的為一對共軛復(fù)根，隨著阻尼系數(shù)在逐漸增大的過程中，極點(diǎn)逐漸向虛軸的左側(cè)方向開始移動，并逐漸靠向?qū)嵼S。隨著阻尼系數(shù)增加到某一數(shù)值時(shí)，該共軛復(fù)根最終在負(fù)實(shí)軸上變成負(fù)實(shí)極點(diǎn)。阻尼系數(shù)繼續(xù)增大時(shí)，該負(fù)實(shí)極點(diǎn)雙向而行，一個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn)逐漸靠近虛軸，另一個(gè)負(fù)實(shí)極點(diǎn)則是逐漸遠(yuǎn)離虛軸。系統(tǒng)在此刻實(shí)現(xiàn)了欠阻尼到過阻尼的過渡，從控制理論看，若系統(tǒng)極點(diǎn)持續(xù)向虛軸移動，穩(wěn)定性呈現(xiàn)遞減趨勢，振蕩劇烈，超調(diào)越大，對系統(tǒng)的影響也越大。當(dāng)阻尼系數(shù)為定值，虛擬慣量J逐漸增大時(shí)(=20，從0.2-3間隔0.1變化)。得到此時(shí)有功-頻率環(huán)的閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖，如圖3-5所示。圖3-5虛擬慣量變化時(shí)有功-頻率環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖如圖3-5所示，可知隨著虛擬慣量的不斷增大，初始的一對共軛復(fù)根逐漸向右開始移動，且越靠近虛軸的地方，極點(diǎn)分布的更加密集。此時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)不斷增大，振蕩更加劇烈，穩(wěn)定裕度也逐漸變小。當(dāng)虛擬慣量增加到某一數(shù)值的時(shí)候，該共軛復(fù)根有著逐漸向零點(diǎn)不斷逼近的趨勢，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性急劇下降。3.3.2無功-電壓環(huán)控制參數(shù)影響從推導(dǎo)得到的無功-電壓環(huán)模型小信號的閉環(huán)傳遞函數(shù)式中分析可知，無功-電壓環(huán)穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)包括無功下垂系數(shù)和積分系數(shù)。因此,需要分別繪制無功下垂系數(shù)和積分系數(shù)變化時(shí)的無功-電壓閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)根軌跡圖。當(dāng)無功下垂系數(shù)為定值，積分系數(shù)逐漸增大時(shí)，得到此時(shí)無功-電壓環(huán)的閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖，如圖3-6所示。圖3-6積分系數(shù)變化時(shí)無功-電壓環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖從繪制出的圖3-6根軌跡圖分析可知，隨著積分系數(shù)逐漸增大，在負(fù)實(shí)軸上的極點(diǎn)逐漸向虛軸靠近。且越向虛軸靠近，極點(diǎn)分布的則越密集，此時(shí)的積分系數(shù)對無功-電壓環(huán)的影響也越小，同時(shí)由于積分系數(shù)的不斷增大，無功-電壓環(huán)帶寬變窄，穩(wěn)定裕度減小。因此，為了能夠消除無功-電壓環(huán)中的靜差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在選取積分系數(shù)的時(shí)候，應(yīng)盡量小一點(diǎn)。當(dāng)積分系數(shù)為定值，無功下垂系數(shù)逐漸增大時(shí)，得到此時(shí)無功-電壓環(huán)的閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖，如下圖3-7所示。圖3-7無功下垂系數(shù)變化時(shí)無功-電壓環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖根據(jù)圖3-7的根軌跡圖分析，在無功下垂系數(shù)逐漸增大的過程中，在負(fù)實(shí)軸上極點(diǎn)逐漸向左側(cè)開始移動，且逐漸遠(yuǎn)離虛軸。在無功下垂系數(shù)逐漸增大的過程中，其極點(diǎn)的分布情況也比較均勻。表明無功下垂系數(shù)越大，無功-電壓環(huán)的穩(wěn)定性越好，但其值不斷增大會導(dǎo)致無功-電壓環(huán)的增益變小，帶寬變窄。3.3.3虛擬慣量與阻尼系數(shù)對有功功率和頻率影響通過對虛擬慣量和阻尼系數(shù)進(jìn)行控制變量法分析得到其變化時(shí)有功-頻率環(huán)閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡圖，根據(jù)根軌跡圖分析，可以看出兩個(gè)主要參數(shù)在變化時(shí)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響REF_Ref15057\r\h[17]。接下來，通過對虛擬慣量和阻尼系數(shù)取不同數(shù)值進(jìn)行仿真分析，其變化對有功功率和頻率的影響REF_Ref15433\r\h[18]。(1)虛擬慣量=0.5，阻尼系數(shù)分別取10，20，30三個(gè)不同的值時(shí)。圖3-8阻尼系數(shù)變化時(shí)對輸出有功功率的影響圖3-8為虛擬慣量為定值時(shí)，阻尼系數(shù)變化時(shí)對有功功率的影響。圖中，并網(wǎng)開始時(shí)，逆變器輸出的有功功率值跟從有功功率指令值逐漸達(dá)到10kW。當(dāng)虛擬慣量為固定值時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)越大，則并網(wǎng)時(shí)其輸出的有功功率超調(diào)則越小，到達(dá)穩(wěn)定只的調(diào)節(jié)時(shí)間也越短。系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好。圖3-9阻尼系數(shù)D變化時(shí)對系統(tǒng)頻率的影響圖3-9為虛擬慣量為定值時(shí)，阻尼系數(shù)變化時(shí)對系統(tǒng)頻率的影響。圖中并網(wǎng)的瞬間，系統(tǒng)頻率發(fā)生了暫態(tài)波動，但由于虛擬慣量和阻尼系數(shù)的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的頻率逐漸恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值。在虛擬慣量為固定值時(shí)，阻尼系數(shù)為20時(shí)，其暫態(tài)波動的超調(diào)小于阻尼系數(shù)為10和15的時(shí)候，且其調(diào)節(jié)時(shí)間均快于其他兩種情況。因此,在一定范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)選取的越大，其控制效果更好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也越好。阻尼系數(shù)為固定值，虛擬慣量分別取0.2，0.5，1三個(gè)不同數(shù)值時(shí)。圖3-10虛擬慣量變化時(shí)對輸出有功功率的影響圖3-10為阻尼系數(shù)為定值時(shí)，虛擬慣量變化時(shí)對輸出有功功率的影響。圖中看出伴隨虛擬慣量的持續(xù)增長，輸出有功功率的超調(diào)量持續(xù)攀升，震蕩強(qiáng)度明顯上升，穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)節(jié)周期不斷拉長，系統(tǒng)穩(wěn)定表現(xiàn)進(jìn)一步變差。圖3-11虛擬慣量變化時(shí)對系統(tǒng)頻率的影響圖3-10為阻尼系數(shù)為定值時(shí)，虛擬慣量變化時(shí)對系統(tǒng)頻率的影響。在隨著虛擬慣量不斷增大的過程中，系統(tǒng)的超調(diào)不斷減小，抑制頻率突變的效果得到提升，但是其頻率振蕩更加劇烈，系統(tǒng)回歸穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)時(shí)間不斷變長。綜上，虛擬慣量和阻尼系數(shù)共同決定了VSG控制算法的穩(wěn)定性。、參數(shù)的選取需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。虛擬慣量和阻尼系數(shù)對輸出有功功率、系統(tǒng)頻率的影響如表3-1、表3-2所示。表3-1虛擬慣量和阻尼系數(shù)對輸出有功功率的影響系統(tǒng)頻率超調(diào)量峰值時(shí)間點(diǎn)調(diào)整時(shí)間虛擬慣量變大變小變大變長阻尼系數(shù)變大變小變小變短表3-2虛擬慣量和阻尼系數(shù)對系統(tǒng)頻率的影響有功功率超調(diào)量峰值時(shí)間點(diǎn)調(diào)整時(shí)間虛擬慣量變大變大變大變長阻尼系數(shù)變大變小變大變短3.4本章小結(jié)本章為探究小擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，建立了VSG小信號模型，分別得到有功-頻率控制環(huán)和無功-電壓控制環(huán)的小信號模型的控制結(jié)構(gòu)圖。利用根軌跡法，分析了有功頻率環(huán)中虛擬慣量和阻尼系數(shù)的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以及無功電壓環(huán)中無功下垂系數(shù)和無功積分系數(shù)的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。利用有功-頻率控制環(huán)的控制結(jié)構(gòu)圖結(jié)合控制變量法分別研究了虛擬慣量的不同取值對有功功率和系統(tǒng)頻率的影響以及阻尼系數(shù)的不同取值對有功功率和系統(tǒng)頻率的影響。在此基礎(chǔ)上對系數(shù)虛擬慣量和阻尼系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第4章VSG仿真分析4.1VSG仿真按照上述章節(jié)的參數(shù)設(shè)計(jì)，借助Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)仿真。下表4-1為VSG并網(wǎng)系統(tǒng)仿真的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。表4-1VSG仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置電路參數(shù)數(shù)值電路參數(shù)數(shù)值直流側(cè)電壓800V濾波電感2.5mH額定頻率50Hz濾波電容10開關(guān)頻率20kHz電網(wǎng)電壓220V有功功率參考值3kW無功功率參考值0Var虛擬慣量0.5阻尼系數(shù)20從表4-1可以看出，仿真參數(shù)為：流母線電壓800V，電網(wǎng)額定電壓220V，濾波電感2.5mH，濾波電容10，轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為0.4，阻尼系數(shù)為20，有功功率參考值為3kW，無功功率參考值為0Var。對逆變電源的輸出電壓、電流進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。并網(wǎng)模式在微電網(wǎng)VSG控制策略中占據(jù)重要位置，在接入電網(wǎng)的運(yùn)行階段，必須保證逆變器側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值、相位及頻差滿足國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才可進(jìn)行電網(wǎng)同步，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)需保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。VSG并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種模式采用統(tǒng)一的逆變器側(cè)參數(shù)，電網(wǎng)側(cè)采用380V電壓等級，采用50Hz的供電頻率。下圖4-1為根據(jù)上述參數(shù)在Matlab/Simulink中搭建的仿真模型。圖4-1基于VSG控制的逆變器整體仿真模型圖4-2所示主電路結(jié)構(gòu)中，直流電源經(jīng)三相逆變橋、LC濾波網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載阻抗、線路阻抗最終并入三相電網(wǎng)系統(tǒng)，該三相全橋逆變器采用IGBT作為開關(guān)元件，采用電壓電流雙閉環(huán)生成的PWM調(diào)制波來形成驅(qū)動信號。經(jīng)過放大輸出至LC濾波器，LC濾波器有利于在負(fù)載端提供穩(wěn)定的電壓，避免在負(fù)載功率波動的過程負(fù)載電壓出現(xiàn)波動，從而影響供電質(zhì)量。圖4-2逆變器主電路模塊圖如圖4-3，在坐標(biāo)變換模塊中，輸入abc三相靜止坐標(biāo)系下三相濾波電容電壓、濾波電感電流、參考電壓和旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)Clark變換和Park變換獲得以輸出基波同步角速度的d/q軸電流和電壓。圖4-3坐標(biāo)變換模塊圖如圖4-4，在功率計(jì)算模塊中，通過逆變器輸出測的電壓電流計(jì)算得到有功功率以及無功功率。圖4-4功率計(jì)算模塊如圖4-5，為有功頻率控制模塊，額定角速度與反饋回來的角速度做差得到誤差信號，乘上有功頻率下垂系數(shù)得到有功功率偏差，結(jié)合有功功率指令值與輸出有功功率，之后的模型與3.1節(jié)中小信號模型控制框圖一致最后得到同步角速度與參考相角。如圖4-6，為無功電壓控制模塊，電壓值與電壓指令值做差得到誤差信號乘上無功電壓下垂系數(shù)后與無功指令值0Var比較，經(jīng)過積分環(huán)節(jié)和乘上無功電壓系數(shù)得到電壓參考值。圖4-5有功頻率控制模塊圖4-6無功電壓控制模塊如圖4-7，在電壓電流雙閉環(huán)控制模塊中，使用雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)方案，在電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)中采用典型I型系統(tǒng)提高系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤能力，電壓外環(huán)中使用典型II階系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為外部故障切除等波動提供了更好的抗擾動能力。外環(huán)電壓的輸入作為電流內(nèi)環(huán)的給定量，我們在雙環(huán)系統(tǒng)中使用PI控制器作為系統(tǒng)的補(bǔ)償函數(shù)，在電壓內(nèi)環(huán)中從簡化的流程框圖中可以看出，將坐標(biāo)變換后的電感電流參考值經(jīng)過延時(shí)采樣環(huán)節(jié)、PWM慣性環(huán)節(jié)，反饋調(diào)節(jié)后的PI控制器跟蹤后輸出電感電流的輸出值。在電壓外環(huán)中，電流內(nèi)環(huán)作為電壓外環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，輸入的電壓參考值經(jīng)過延時(shí)采樣，電壓環(huán)PI環(huán)節(jié)，電流環(huán)開環(huán)增益，輸出d/q軸電壓的輸出量并反饋到輸出的給定值當(dāng)中。圖4-7電壓電流雙閉環(huán)模塊圖4.2VSG仿真結(jié)果分析初始階段應(yīng)驗(yàn)證逆變器輸出的電壓電流是否達(dá)到并網(wǎng)規(guī)范，LC濾波后的逆變器輸出信號，借助PCC（電網(wǎng)耦合點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)并網(wǎng)，電網(wǎng)在正常運(yùn)行期間維持穩(wěn)態(tài)特性，電壓幅值波動和頻率波動或由負(fù)荷用電變化引起。首先討論負(fù)載參數(shù)不變的情形，即電網(wǎng)電壓的幅值與頻率均無波動，處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況的虛擬同步發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)逆變器的輸出電壓由大電網(wǎng)電壓所鉗定，同電網(wǎng)電壓幾乎無差，近似311V，參見圖4-8，并網(wǎng)逆變器輸出電流的實(shí)測結(jié)果見圖4-9，約為4.5A。由圖示可知，VSG的輸出電流具有較好的正弦波特性。并網(wǎng)逆變器輸出功率如圖4-10所示，從圖中可以看出同步發(fā)電機(jī)（VSG）的輸出功率穩(wěn)定時(shí)為3kW，與電網(wǎng)有功功率參考值一致。電壓電流波形在VSG控制策略下呈現(xiàn)穩(wěn)定的仿真結(jié)果，證明了虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)控制并網(wǎng)的合理性。圖4-8虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓波形圖4-9虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電流波形圖4-10虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出功率波形為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給系統(tǒng)增加擾動。在系統(tǒng)輸出穩(wěn)定后，在0.5s時(shí)，有功功率給定值從3kW增加到5kW，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，其結(jié)果如圖4-11、圖4-12、圖4-13所示。圖4-11增加擾動后虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓波形圖4-12增加擾動后虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電流波形圖4-13增加擾動后虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出功率波形4.3本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對VSG并網(wǎng)進(jìn)行仿真，首先運(yùn)用Matlab/Simulink軟件來搭建VSG并網(wǎng)系統(tǒng)模型，再根據(jù)上一章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)來確定模型參數(shù)，進(jìn)行模型仿真。通過相關(guān)參數(shù)調(diào)整得到穩(wěn)定的波形圖，再增加擾動驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性。結(jié)論本文圍繞基于并網(wǎng)逆變器的VSG系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真展開研究，主要的研究工作如下：(1)閱讀相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，了解當(dāng)前能源問題背景和“雙碳”背景下大力發(fā)展新能源發(fā)電的重大意義及面臨的挑戰(zhàn)。明白了虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)對于分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要性，提高了新能源的利用率。介紹了恒有功無功功率控制、恒壓恒頻控制、下垂控制三種常用的逆變器系統(tǒng)控制策略，引出可以提供虛擬慣量支撐和阻尼支撐的VSG技術(shù)。(2)詳細(xì)介紹了虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)（VSG）及并網(wǎng)逆變器的工作原理，包括有功-頻率控制及無功-電壓控制，借助Clark-Park坐標(biāo)變換，得到并網(wǎng)逆變器在兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，針對諧波問題開展了LC濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)。推導(dǎo)并采用了PI控制器的電壓電流雙閉環(huán)控制流程圖。(3)為分析VSG并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)在小擾動情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，對VSG進(jìn)行小信號建模，利用根軌跡圖分析了有功-頻率環(huán)中參數(shù)虛擬慣量、阻尼系數(shù)和無功-電壓環(huán)中參數(shù)無功下垂系數(shù)、