PAGE5虛擬同步電機研究現(xiàn)狀國內(nèi)外文獻綜述的概念最早由歐洲項目提出ADDINNE.Ref.{5F3E685D-BCAB-4B81-8481-B4F1ECFCF70E}[17]，目的是使微網(wǎng)系統(tǒng)具有大的慣性和阻尼特性，提高電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性?？刂萍夹g(shù)按照被控對象不同可分為電流控制型和電壓控制型。典型的兩種分別為比利時魯漢大學(xué)提出的控制方案ADDINNE.Ref.{CCE6BBE6-800B-4E69-891C-51FA1F140C58}[18]和德國勞斯克塔爾大學(xué)提出的控制方案ADDINNE.Ref.{1143700B-AACE-4E3E-80AD-44DA2C5B9895}[19,20]。VSG控制方案通過引入同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程，對VSG的有功頻率環(huán)節(jié)進行了設(shè)計，在有功頻率控制環(huán)中引入的轉(zhuǎn)子慣性和阻尼特性增強了同步電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，但是并未充分體現(xiàn)同步發(fā)電機的調(diào)壓特性?？刂品桨冈诳刂品桨傅幕A(chǔ)上，在引入轉(zhuǎn)子機械運動方程同時，引入定子電壓方程，對無功調(diào)壓環(huán)節(jié)進行設(shè)計，從而實現(xiàn)了VSG有功功率和無功功率控制，如圖1-1所示。但上述兩種控制方案在弱網(wǎng)環(huán)境或孤島運行時無法為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐ADDINNE.Ref.{BB87169E-FE7C-4D4B-8085-DCED8EDD6DF2}[21-24]。圖1-1VISMA控制框圖為了使VSG控制在弱電網(wǎng)及孤島運行環(huán)境下同樣為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐，有學(xué)者提出了電壓型VSG控制策略，其中最具代表性的為加拿大多倫多大學(xué)教授提出的虛擬慣性頻率控制策略ADDINNE.Ref.{DED33597-AFE0-4EDF-B2D4-81C2F6081DB2}[25]和英國利物浦大學(xué)鐘慶昌教授提出的虛擬同步機控制策略ADDINNE.Ref.{A3388EF2-3D1A-4468-A7FD-D5B96404CFA4}[26]。圖1-2虛擬慣性頻率控制框圖虛擬慣性頻率控制框圖如圖1-2所示，該控制的具體設(shè)計思路是：通過結(jié)合同步發(fā)電機的一次調(diào)頻環(huán)節(jié)和其機械運動方程對有功頻率控制環(huán)進行設(shè)計，借鑒同步電機的勵磁調(diào)壓特性對無功電壓環(huán)進行設(shè)計，增強了微網(wǎng)孤島運行時系統(tǒng)頻率的可靠性。充分利用同步發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子間的電氣與磁鏈的關(guān)系，設(shè)計得到的虛擬同步發(fā)電機控制策略體現(xiàn)了同步發(fā)電機的機械特征和電磁暫態(tài)特征，其控制框圖如圖1-3所示。圖1-3虛擬同步發(fā)電機控制框圖綜上所述，CVSG控制方案在逆變器中引入了轉(zhuǎn)子機械特性，使逆變器表現(xiàn)出一定的機械慣性和阻尼特性，提高了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，減少了頻率和功率震蕩。但其在孤島模式下無法為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐。VVSG控制方案分別在有功頻率和無功電壓控制環(huán)節(jié)中引入同步發(fā)電機的調(diào)速器和勵磁控制器，在為逆變器控制增加慣性的同時，兼顧逆變器的并離網(wǎng)控制，由于其明顯的控制優(yōu)勢，目前逆變器控制策略基本采用VVSG控制。微網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(1)逆變器并聯(lián)具備通信連接和不具備通信連接的控制策略逆變器并聯(lián)運行控制策略按照各個逆變器間是否具備通信連接分為兩種：具備通信連接的控制策略和不具備通信連接的控制策略。具備通信連接的控制策略主要包括集中式控制、主從控制和分散邏輯控制ADDINNE.Ref.{8917168F-F7C1-4ECA-9D50-93405594443F}[27,28]，不具備通信連接的控制策略主要指的是基于傳統(tǒng)的下垂式控制的逆變器并聯(lián)運行控制策略，下面分別介紹上述控制策略。1)集中控制集中控制原理框圖如圖1-4所示。圖1-4集中控制原理框圖其原理為：根據(jù)逆變器輸出側(cè)交流母線電壓可得到母線電壓的幅值和頻率，并由母線電壓頻率可以得到逆變器輸出電壓頻率，通過鎖相環(huán)作用，系統(tǒng)中各個逆變器工作在額定頻率下。每個逆變器輸出電流的參考值取決于負(fù)載電流和系統(tǒng)中并聯(lián)的逆變器數(shù)目，將每個逆變器輸出電流參考值與其輸出電流實際值的差值作為電壓控制器的輸入，控制器的輸出后就是輸出電壓的參考值。2)主從控制主從控制原理框圖如圖1-5所示。主從控制方案的思想是：為了解決集中控制方案中唯一的中央控制器所帶來的系統(tǒng)可靠性低的問題，使每一個逆變電源都有一個控制單元，選定一個逆變電源作為主控電源，負(fù)責(zé)完成多機并聯(lián)的控制，其余逆變電源為從屬電源，受主控電源控制。主控電源通常為電壓式逆變電源，從控電源一般為電流式逆變電源。并聯(lián)系統(tǒng)開始工作時，主控電源首先啟動，為各個從屬電流逆變電源提供基準(zhǔn)電壓信號。主從控制中，雖然每個逆變電源都有控制單元，但是當(dāng)在主控電源發(fā)生故障到某一從控逆變電源切換至主控逆變電源的過程中，系統(tǒng)可能因失去同步而出現(xiàn)大規(guī)模失效，且邏輯控制復(fù)雜。圖1-5主從控制原理框圖3)分散邏輯控制分散邏輯控制原理框圖如圖1-6所示。分散邏輯控制方案的提出從根本上解決某一時刻一個控制電源對系統(tǒng)造成的可靠性和穩(wěn)定性的影響。分散邏輯控制方案的思想是：系統(tǒng)中各個逆變電源都是獨立運行的，逆變電源之間沒有從屬控制關(guān)系，都處于同一優(yōu)先級。所以當(dāng)整個系統(tǒng)正常運行時，如果其中一臺逆變器出現(xiàn)了故障，則立即被切除，不會影響整個系統(tǒng)安全和穩(wěn)定的運行。圖1-6分散邏輯控制原理框圖4)不具備互聯(lián)線的控制策略的研究現(xiàn)狀具備互聯(lián)線的控制是利用通信技術(shù)在檢測到各個逆變器的信息的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)的控制，其優(yōu)勢是并聯(lián)系統(tǒng)采用通信連接，系統(tǒng)中各個DG共享信息，尤其是輸出功率信息，實現(xiàn)系統(tǒng)輸出功率的精確控制。但其劣勢也很明顯，并聯(lián)系統(tǒng)功率分配的精度、控制的可靠性和準(zhǔn)確性都過于依賴通信線路，一旦發(fā)生通信故障，系統(tǒng)就會失控。針對具備互連線的控制可靠性低的問題，文獻ADDINNE.Ref.{727D0C5E-A099-4B38-A74F-7FD711D4435C}[29,30]提出了無互聯(lián)線控制策略，采用傳統(tǒng)下垂控制，通過功率負(fù)反饋環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)負(fù)荷突變時的電壓和頻率變化，該控制策略下，逆變器可自由擴容，適用性強，可靠性高。但由于無通信連接，利用各個DG的本地電氣量實現(xiàn)對電壓和頻率的控制，并聯(lián)系統(tǒng)功率均分精度不高。下垂控制原理如圖1-7所示。(a)有功頻率控制(b)無功電壓控制圖1-7下垂控制原理由圖1-7可知，有功功率和無功功率分別與頻率、電壓成線性反比關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓和頻率發(fā)生波動時，系統(tǒng)通過功率負(fù)反饋環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)負(fù)荷突變時的電壓和頻率變化，實現(xiàn)微電網(wǎng)的自平衡。(2)功率耦合對功率分配影響和功率分配策略研究現(xiàn)狀1)功率耦合對功率分配影響研究現(xiàn)狀VSG控制技術(shù)繼承了下垂控制的優(yōu)點，且隨著VSG技術(shù)的日益成熟，其在微網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中已大量應(yīng)用。但不論是傳統(tǒng)的下垂控制還是VSG控制，當(dāng)微網(wǎng)中微源數(shù)目較多時，只有各個DG能實現(xiàn)合理分配負(fù)荷，才能使微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在逆變器系統(tǒng)中，當(dāng)線路阻抗呈感性時，下垂控制才能夠具有更高的控制精度，但在低壓型的微電網(wǎng)中，傳輸線路的阻感比較大時，輸出有功和無功存在耦合，影響輸出功率的分配。另外，當(dāng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中傳輸線路阻抗存在差異時，必定會對微源分配無功功率造成不利影響，降低了無功功率均分精度，進一步導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。因此，在離網(wǎng)模式下，微網(wǎng)輸出功率的解耦和和輸出功率均分問題是保證系統(tǒng)穩(wěn)定性需要研究的重要問題。對于線路阻抗特性影響下垂控制的精確性的問題，在逆變器的輸出端加入物理大電感能夠提高傳輸線路阻抗的感性，但物理電感對不同的地理環(huán)境缺乏靈活性，維護費用高，因此，只有改進逆變器的控制策略才能更加經(jīng)濟高效的提升下垂控制性能。文獻ADDINNE.Ref.{11557D93-119C-478A-A764-BEEAB2CBFF29}[31]針對低壓逆變器輸出功率間的耦合性，通過加入大虛擬電感器的方式來增加系統(tǒng)等效輸出阻抗的感性分量，降低了系統(tǒng)等效輸出阻抗的阻感比，但由于需要加入遠(yuǎn)大于線路電抗的虛擬電抗，虛擬電抗上產(chǎn)生了較大的電壓降落，影響并網(wǎng)電壓電能質(zhì)量。文獻ADDINNE.Ref.{7999B8A4-EFE1-42BA-BE33-8F75A9C349A7}[32]提出了一種虛擬復(fù)阻抗控制策略，有效調(diào)節(jié)等效輸出阻抗阻感比，提高了下垂控制精度，但改進策略在實現(xiàn)功率解耦的同時，虛擬復(fù)阻抗同樣會引起較大的并網(wǎng)電壓降落，影響并網(wǎng)電壓電能質(zhì)量。文獻ADDINNE.Ref.{DBF09152-523B-4987-906D-C697ABB239A4}[33]相對于前一文獻設(shè)計了另外一種虛擬復(fù)阻抗，使得系統(tǒng)得等效輸出阻抗具有較大的電阻性，虛擬正電阻增加了輸出阻抗的阻性比例，同時虛擬負(fù)電感降低了系統(tǒng)輸出阻抗感性比例，利用反下垂控制可實現(xiàn)功率均分，該控制策略也會引起較大的并網(wǎng)電壓降落。文獻[34-36]ADDINNE.Ref.{2EDC994C-EFAE-428B-B76F-3D1F5648B78E}提出了利用虛擬的頻率實現(xiàn)的下垂控制策略，能夠在不改變輸出線路阻抗阻感比的情況下實現(xiàn)功率的近似解耦，但控制的電壓和頻率為虛擬量，很有可能與實際電壓和頻率不符，影響電能質(zhì)量，在工程中難以應(yīng)用。文獻ADDINNE.Ref.{6F31B196-3B79-40BB-83A6-EBE2E1F996D5}[37,38]針對低壓微電網(wǎng)下功率間的耦合，在傳統(tǒng)下垂控制基礎(chǔ)上進行改進，采用虛擬坐標(biāo)變換法實現(xiàn)逆變器輸出有功和無功到虛擬有功和虛擬無功間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)功率解耦。文獻ADDINNE.Ref.{7F52AEDE-B2CC-4B61-A9A3-019E0D93F923}[39]中對電壓電流雙閉環(huán)控制參數(shù)進行整定，使其傳遞函數(shù)等效的逆變器輸出阻抗成不同的阻感性，并利用對應(yīng)的下垂控制方程實現(xiàn)功率解耦，但該方法整定范圍非常受限。2)功率分配策略的研究現(xiàn)狀功率無法精確分配將嚴(yán)重影響微網(wǎng)穩(wěn)定運行，因此需要針對微網(wǎng)中逆變器運行的可靠性對控制策略做出改進。文獻ADDINNE.Ref.{CADED647-6A89-4891-A212-BDD89796BBA2}[40]針對傳統(tǒng)的下垂控制策略中固定下垂系數(shù)調(diào)節(jié)的不足，利用自適應(yīng)的思想，對調(diào)節(jié)固定的下垂系數(shù)使之依據(jù)控制要求自適應(yīng)變化，但控制精度過于依賴調(diào)節(jié)系數(shù)，且調(diào)節(jié)器設(shè)計較為復(fù)雜。文獻ADDINNE.Ref.{94C58592-0379-401B-B490-0D1F26CD635E}[41]針對逆變器傳輸線路阻抗差異導(dǎo)致的無功均分問題，通過實時測量線路阻抗差異引起的電壓差，利用該差值對功率差額進行補償，抵消阻抗壓降差，使無功功率可以按照逆變器容量比進行合理分配。文獻ADDINNE.Ref.{054FFBB7-4F78-4013-89EA-2E24D45A7CBD}[42]中逆變器控制基于本地測量信號，無需通信，即采用傳統(tǒng)下垂控制，通過無功補償控制實現(xiàn)無功功率精確分配，通過頻率自恢復(fù)控制實現(xiàn)有功功率精確分配，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻ADDINNE.Ref.{3585CF70-5A8F-4735-8C80-0E384F9E857D}[43]中考慮到逆變電源帶線性負(fù)載和非線性負(fù)載的情況，利用注入的諧波來補償線路阻抗的不平衡量，但是這種控制策略會將諧波引入系統(tǒng)中，影響輸出電壓電能質(zhì)量，而且注入信號后，有功功率的測量很復(fù)雜。文獻[44]ADDINNE.Ref.{0E9C8173-B880-4B15-A6AD-4A96F62907E8}中在下垂控制中加入低寬帶通信，通過配置功率權(quán)重函數(shù)來功率的精確分配，在發(fā)生通信故障，逆變器控制可保持良好的魯棒性。文獻ADDINNE.Ref.{4CAFA413-773F-435C-8F8F-EC59235A2122}[45]中通過引入虛擬功率，分析了線路阻感比對實現(xiàn)精確下垂控制的影響，利用線路阻感比構(gòu)造了自適應(yīng)虛擬阻抗控制環(huán)，實現(xiàn)功率均分。文獻ADDINNE.Ref.{C208CC0D-774C-4159-93DD-1B21B51D1F6A}[46]中在固定虛擬電感中加入系統(tǒng)輸出瞬時無功反饋項來構(gòu)造自適應(yīng)虛擬阻抗，并針對DG輸出電壓降落的問題引入基于同步通信機制的電壓恢復(fù)策略，改進控制策略提高了無功分配精度、補償了DG輸出電壓，但該控制策