虛擬同步電機VSG功率分配參數(shù)匹配設(shè)計案例功率傳輸特性分析逆變器輸出功率的傳輸特性是研究功率分配策略的基礎(chǔ)，因此先對逆變器的功率傳輸特性進行分析。單臺逆變器的等效電路結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。逆變器等效為一受控電壓源，通過線路阻抗與系統(tǒng)公共交流母線相連。為VSG勵磁電動勢，為輸出電流，為交流母線電壓，和分別為勵磁電動勢相角、逆變器輸出電壓相角，為逆變器輸出電壓，系統(tǒng)等效輸出阻抗為逆變器等效輸出阻抗和線路阻抗之和。圖4-1逆變器輸出功率等效電路圖系統(tǒng)輸出電流為： (4-1)系統(tǒng)輸出的有功功率為： (4-2)由式(4-2)得： (4-3)在電力系統(tǒng)中，電壓等級不同對應(yīng)的線路阻抗的電氣特性也不同。在中高壓等級線路中，線路感性往往高于阻性，線路阻抗特性整體表現(xiàn)為感性，低壓等級線路中，線路阻性通常高于感性，系統(tǒng)的線路阻抗特性幾乎呈現(xiàn)為阻感性甚至阻性。由式(4-3)分析可知，線路阻抗的阻性分量和感性分量使得輸出有功功率和無功功率存在著耦合關(guān)系，使得下垂控制精度降低。當線路阻抗分別呈阻感性、感性、阻性時，VSG輸出功率表達式和下垂控制方程如表4-1所示ADDINNE.Ref.{ED7BE1E7-2BB5-4EF4-B8EE-278C416F2FBA}[54]。表4-1輸出功率表達式及下垂控制表達式功率表達式下垂控制方程VSG功率分配參數(shù)匹配設(shè)計逆變器并聯(lián)運行可以自由擴容，靈活改變微網(wǎng)的容量，可滿足不同用戶對電力的特定需求，且彌補了單臺逆變器容易發(fā)生單點故障的劣勢，當某臺逆變器發(fā)生故障時，其它逆變器可分擔負荷繼續(xù)運行，提升了微網(wǎng)供電的可靠性。在實際工況中，由于發(fā)電設(shè)備裝置的容量不同，所需要逆變器的容量也就各不相同。下面針對VSG不同容量并聯(lián)運行時，研究VSG輸出功率可實現(xiàn)均勻分配的參數(shù)匹配條件。根據(jù)表4-1可得，當VSG等效輸出阻抗呈感性，流入微網(wǎng)交流母線的瞬時有功功率和瞬時無功功率表達式為： (4-4)由于逆變器輸出電壓與交流母線電壓間的相位差很小，因此，，功率表達式簡化為： (4-5)當多個VSG逆變器并聯(lián)運行于微電網(wǎng)時，一臺VSG逆變器的輸出有功功率和無功功率表達式為： (4-6)根據(jù)式(3-5)，當VSG系統(tǒng)穩(wěn)定運行于額定角頻率時，系統(tǒng)不存在頻率差值，此時逆變器的機械功率等于電磁功率，那么： (4-7)根據(jù)式(3-4)和式(3-6)，可得一臺VSG控制系統(tǒng)中的調(diào)速器和勵磁控制表達式為： (4-8)式(4-8)表示在第臺VSG逆變器中，為輸出有功功率參考值，為輸出角頻率參考值，為實際輸出角頻率，為有功下垂控制系數(shù)，為勵磁電動勢給定值，為額定無功功率，為無功下垂控制系數(shù)?？紤]兩臺VSG逆變器的并聯(lián)運行來研究逆變器輸出功率的分配策略。先分析VSG逆變器的有功功率的分配。假設(shè)兩臺VSG逆變器的額定容量比為，則滿足式： (4-9)兩臺VSG逆變器的給定有功功率滿足式： (4-10)根據(jù)式(4-8)，為使輸出有功功率按照容量比進行分配，那么下式就該成立： (4-11)當并聯(lián)系統(tǒng)在額定頻率下工作時，由于頻率為全局變量，因此兩臺逆變器的輸出頻率相等，如果上式想要式成立，需滿足式： (4-12)假設(shè)兩臺VSG逆變器輸出其有功功率變化量分別為和。由式(3-7)知一臺VSG逆變器勵磁控制器傳遞函數(shù)為： (4-13)式中，為輸出角頻率的變化量，為輸出有功功率變化量，為轉(zhuǎn)動慣量，為阻尼系數(shù)。由式(4-13)得： (4-14)當并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定運行于額定角頻率時，各個逆變器輸出角頻率變化量相等，上式可整理為： (4-15)想要滿足式(4-15)，需滿足： (4-16)由式(4-16)可得，當有功下垂控制系數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量及阻尼系數(shù)分別與逆變器額定容量成正比時，兩臺VSG并聯(lián)系統(tǒng)可實現(xiàn)有功功率均勻分配。接下來分析輸出無功功率的分配策略，由式(4-9)可知，兩臺VSG的額定無功功率也滿足： (4-17)如果不考慮線路阻抗壓降，那么并聯(lián)運行時逆變器的輸出電壓相等，即： (4-18)為實現(xiàn)功率分配，使得下式成立： (4-19)將式(4-19)帶入式(4-18)得： (4-20)逆變器等效輸出阻抗相對于線路阻抗值很小，故忽略不計?？紤]線路線路阻抗壓降時，逆變器輸出電壓表達式為： (4-21)第臺VSG逆變器線路阻抗的壓降為： (4-22)當傳輸線路阻抗呈感性時，若要，只需使得線路阻抗與逆變器容量成反比關(guān)系，可表示為： (4-23)若系統(tǒng)參數(shù)滿足上式，可實現(xiàn)