基于虚拟同步发电机的微电网控制方法研究

虚拟同步发电机的并联控制策略研究作者：王亚楠晏鹏博来源：《现代信息科技》2020年第14期摘要：针对基于虚拟同步发电机运行的逆变器并联控制策略进行研究，分析了微电网中逆变器并联功率分配机理。

将传统电力系统中的集中控制方式引入微电网逆变电源中，使逆变器具有同步发电机的大惯量特性，且各并联逆变器输出电压一致，有功功率和无功功率按额定容量比精确分配，并保证并联逆变器具有良好的动态和静态特性。

最后通过仿真验证了所提出控制策略的可行性。

关键词：虚拟同步发电机;逆变器并联;集中式控制方式;功率分配Abstract：The parallel control strategy of inverters based on virtual synchronous generator operation is studied，and the parallel power distribution mechanism of inverters in microgrid is analyzed. The centralized control method of traditional power system is introduced into the microgrid inverter power supply，which makes the inverter have the characteristics of large inertia of synchronous generator，the output voltage of each parallel inverter is consistent，the active power and reactive power are accurately distributed according to the rated capacity ratio，and the parallel inverter has good dynamic and static characteristics. Finally，the feasibility of the proposed control strategy is verified by simulation.Keywords：virtual synchronous generator;parallel inverters;centralized control mode;power distribution0 引言虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）多台并联功率控制方法中，微电网既对功率调度单元进行功率控制，又对调频调压单元的电网动态调整，还具有一定鲁棒性，并能减少电源设计参数、非线性负荷以及连接阻抗对系统稳定性的影响。

基于虚拟同步发电机技术的微电网逆变器控制方法王正;陈其工;高文根【摘要】在介绍典型的虚拟同步发电机技术以及传统的频率下垂控制策略的基础上,提出一种新型的虚拟同步发电机技术,让微电网既有下垂控制特性,又具备类似同步发电机转子的特性.通过分析对比不同频率下系统的稳定性,验证了控制策略的有效性.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(018)003【总页数】4页(P129-132)【关键词】微电网;控制策略;虚拟同步发电机;频率稳定性【作者】王正;陈其工;高文根【作者单位】安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室,安徽芜湖241000;安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室,安徽芜湖 241000;安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室,安徽芜湖 241000【正文语种】中文【中图分类】TM464近年来，能源短缺问题日趋严重。

在各国政府的大力支持下，微电网发电技术以其高效的能源利用率、高可靠性、小污染等诸多优点成为国内外研究的热点[1-2]。

与传统的同步发电机相比，分布式发电技术大部分采用电力电子接口逆变器接入电网，带有接口逆变器的微电网响应速度快，缺少类似同步发电机的转子环节惯性[3]。

目前国内外许多机构、高校的学者对虚拟同步发电机技术进行了广泛研究，许多虚拟同步发电机技术VSG(Virtual Synchronous Generator)应运而生。

比利时鲁汶大学提出的VSG技术[4]，虽然模拟了同步发电机的一次调频特性，但是同步发电机的励磁环节未能准确反映出来；克劳斯塔尔工业大学提出的VSG技术[5]，虽然更好地模拟出同步发电机的一次调频、一次调压特性，但是控制精度受参数的影响；加拿大多伦多大学提出的VSG技术[6]，未能反应同步发电机的电磁暂态过程；清华大学提出的VSG技术[7]，虽然能支撑系统的频率，但是在多机并联运行时因惯性环节的存在，使得系统机组均流速度变慢；Driesen等人提出的VSG技术，是在逆变器中添加一个能够短期储能的装置，虽然可以有助于电网频率的短期稳定，但是从动力学的角度看不适用于同步发电机的设计。

第41卷　第6期吉林大学学报(信息科学版)Vol.41　No.62023年11月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Nov.2023文章编号:1671⁃5896(2023)06⁃1015⁃08基于非线性PID 的微电网虚拟同步发电机控制收稿日期:2022⁃11⁃29基金项目:海南省重点研发基金资助项目(ZDYF2022GXJS003)作者简介:付光杰(1962 ),女,吉林通化人,东北石油大学教授,博士生导师,主要从事电力电子技术应用㊁电机调速控制技术和电力系统节能技术等研究,(Tel)86⁃139****0179(E⁃mail)fgjmhw@㊂付光杰,陈啟梁(东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:为解决传统虚拟同步发电机(VSG:Virtual Synchronous Generator)电压电流双闭环控制的抗扰动性能差,受系统参数变化及各种不确定影响较大等问题,在建立微电网VSG 转动惯量自适应控制模型的基础上,采用一种基于跟踪微分器的非线性PID(Proportion Integration Differentiation)实现电压外环和电流内环的控制,并根据输出信号的反馈值实时调节系统动态响应,从而达到稳定输出的效果㊂通过仿真验证了基于非线性PID 的微电网虚拟同步发电机双闭环控制的正确性和有效性㊂关键词:微电网;虚拟同步发电机;转动惯量自适应;电压电流双闭环控制;非线性PID中图分类号:TP13;TM727文献标志码:AControl of Microgrid Virtual Synchronous Generator Based on Nonlinear PIDFU Guangjie,CHEN Qiliang(School of Electrical and Information Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)Abstract :In traditional VSG (Virtual Synchronous Generator)voltage and current double closed⁃loop control,the anti⁃disturbance performance is poor,and the influence of system parameter changes and uncertainties is great.In order to solve the problems,a nonlinear PID(Proportion Integration Differentiation)based on tracking differentiator is used to control the outer voltage loop and the inner current loop,and the dynamic response of the system is adjusted in real time according to the feedback value of the output signal,so as to achieve the effect of stable output.The correctness and effectiveness of the double closed⁃loop control of microgrid virtual synchronous generator based on nonlinear PID are verified by simulation.Key words :microgrid;virtual synchronous generator;moment of inertia adaptive;voltage and current double closed⁃loop control;nonlinear proportional integration and differentiation (PID)0　引　言VSG(Virtual Synchronous Generator)控制技术在微网运用时,若参数设置不合理,系统性能会受到很大影响[1⁃3],其中当虚拟转动惯量过大时,系统响应速度会降低,频率振荡周期明显且延长㊂为解决传统微电网逆变器运行时输出阻抗小㊁阻尼小等问题,张玉治等[4]设计了原动机调节和励磁调节,模拟了同步发电机的转动惯量,使逆变器具有频率和电压幅值对外下垂的特性,但其将转动惯量设为定参,对外部干扰的抵抗能力差㊂张亚楠等[5]提出的虚拟同步发电机控制策略兼顾了系统的二次调频特性,基本实现了对频率的无差控制,其转动惯量J 在VSG 中的作用也得到了进一步地验证,但没有给出相关系数的具体算法;程国栋等[6]对其进行了改进,并针对频率超调和负荷波动给系统稳定性带来的影响,提出了一种转动惯量自适应的控制策略㊂经过仿真实验,转动惯量自适应控制策略的可行性得到了验证,但在VSG 电压电流双闭环中,PID(Proportion Integration Differentiation)控制的调节时间较长,系统趋于稳态的速度较慢㊂非线性PID 控制理论通过从系统的输入㊁输出中提炼出系统的扰动信息,并将其补偿到控制环路中实现扰动抵消,从而使系统的控制性能得到进一步的提升㊂目前,国内外学者对非线性PID 控制进行了大量研究,结果表明该控制方案具备较好的电压电流跟踪㊁扰动抑制性能[7⁃8]㊂针对文献[6]显露出的问题,笔者在原功率控制环中转动惯量自适应算法不变的情况下,采用非线性PID 替代传统电压电流控制环中的线性PID,实现微电网虚拟同步发电机电压电流环模块的控制,能为系统输入安排过渡过程,消除了超调量和上升时间的矛盾,减少了扰动时间,加快系统的稳定[9⁃10]㊂因此,该控制方法非常适用于微电网系统㊂1　VSG 转动惯量自适应控制的微电网结构1.1　虚拟同步发电机控制策略VSG 控制策略主要是由功率控制环和输出电压控制环两部分构成,三相参考电压经功率控制环(有功⁃频率㊁无功⁃电压控制)和计算环节产生,再通过dq 坐标系下的输出电压控制环(电压电流双闭环控制)得到相对应的调制波,通过PWM(Pulse Width Modulation)调制后,得到调制信号,即可控制逆变桥中电力电子器件的通断㊂其总体控制框图如图1所示㊂图1　VSG 总体控制框图Fig.1　VSG overall control block diagram 图2　J 的自适应控制整体框图Fig.2　Overall block diagram of adaptive control of J 由于传统VSG 功率控制环中,转动惯量J 为定参,无法适应多扰动场合,在保证不破坏系统安全稳定运行的前提下,为提高VSG 在遭受干扰后恢复到稳态运行的快速性,在功率控环部分设计了转动惯量自适应控制算法,其转动惯量J 的取值可根据系统的运行状况进行适当调节,图2为具体的转动惯量控制框图㊂2　基于非线性PID 的电压电流双闭环控制笔者主要以VSG 控制的微电网为研究对象,在原功率控制环中转动惯量自适应算法不变的情况下,针对电压电流双闭环控制模块,采用非线性PID 进行了改进,使电网能在多变的使用环境中显现更好的性能㊂系统的闭环控制模块由功率环和输出电压控制环构成,功率环部分仍是基于P⁃ω㊁Q⁃U 控制的转动惯量自适应策略,输出电压控制环部分在原电压电流双闭环的基础上加入非线性PID 的控制方式,其主要包括电压电流双闭环控制器㊁非线性跟踪微分器和非线性组合3个控制部分㊂控制框图如图3所示,图3中e a ㊁e b ㊁e c 为机端电压,i 1a ㊁i 1b ㊁i 1c 和i 2a ㊁i 2b ㊁i 2c 分别为变流器侧电感电流和输出侧电流,u d ㊁u q ㊁i 1d ㊁i 1q 和i 2d ㊁i 2q 分别为机端电压㊁变流器侧电感电流以及输出侧电流在两相旋转坐标系下的分量,在整个输出电压控制中,电压和电流环均采用非线性PID 控制,并增加去耦补偿以消除dq 轴之间的交叉耦合,最终得到的电压指令值经坐标变换输送给PWM 控制器产生驱动信号,然后进行三相桥臂中功率开关器件的通断控制㊂6101吉林大学学报(信息科学版)第41卷图3　基于非线性PID 的电压电流双闭环控制框图Fig.3　Block diagram of voltage⁃current double closed loop control based on nonlinear PID 输出电压参考值E 通过非线性跟踪微分器(Ⅰ)进行理想过渡并得出微分信号,有功电压u d 经跟踪微分器(Ⅱ)进行滤波并得出微分信号,同时,比较前面所得的两个微分信号产生比例和微分偏差信号e 1和e 2,再将偏差信号e 2进行积分得到积分偏差信号e 0,信号e 1㊁e 2和e 0经非线性组合,与ωC 与无功电压u q 乘积作比较生成有功电流i 1d 的指令值㊂跟踪微分器(Ⅳ)接收到i 1d 与其指令值后,得出的微分信号与有功电流i 2d 通过跟踪微分器(Ⅳ)得出的微分信号作比较后作为非线性组合(Ⅲ)的输入,控制系统的有功电压指令可由无功电流i 2q ㊁ωL 的乘积与非线性组合(Ⅲ)的输入差得到㊂系统输出无功电压u q 经非线性跟踪微分器(Ⅲ)进行理想过渡并得出微分信号后与参考分量u *q 进行比较得到非线性组合(Ⅱ)的输入,再将其与有功电压u d ㊁ωC 乘积叠加得到无功电流i 1q 的指令值,同理,再经微分跟踪器(Ⅴ)㊁微分跟踪器(Ⅵ)㊁微分跟踪器(Ⅶ)以及非线性组合(Ⅳ)可得到控制系统无功电压指令值㊂改进后的电压电流双闭环控制能针对反馈信号进行滤波处理,在高频多扰动的场景尤其适用㊂同时,考虑到微电网系统的非线性特点,无法获取较为精确的数学模型,在使用智能先进的控制策略时会出现输出波形不理想的情况㊂而非线性PID 控制的特性恰好契合于数学模型精确度不高的系统,且设计过程不依赖系统参数,具有较强的抗干扰能力㊂此外,由于该控制方法在系统干扰和其各阶导数两个方面都能进行估算,所以估计精度有了更大的提升㊂2.1　非线性PID 控制器的基本架构非线性PID 控制器结构如图4所示,非线性PID 控制器由两个跟踪微分器(TD:Tracking Differentiator)和一个非线性组合组成㊂其中v 1和v 2是跟踪微分器(Ⅰ)对参考输入v (t )执行理想的过渡过程并提取参考输入信号而产生的微分信号;y 1和y 2是跟踪微分器(Ⅱ)对原系统输出y (t )进行滤波而产生的微分信号㊂控制器根据微分信号v 1㊁v 2以及y 1㊁y 2产生比例和微分偏差信号e 1和e 2,积分偏差信号e 0由对e 2积分得到;将偏差信号e 0㊁e 1㊁e 2进行非线性组合,从而产生非线性PID 控制器的输出控制量㊂图4　非线性PID 控制器结构Fig.4　Nonlinear PID controller structure 2.2　非线性跟踪微分器非线性跟踪微分器输入信号v (t ),将输出信号x 1和x 2,其中x 1跟踪v (t ),x 2作为v (t )的近似微分㊂设线性二阶系统为7101第6期付光杰,等:基于非线性PID 的微电网虚拟同步发电机控制̇x 1=x 2,̇x 2=u ,　u ≤r {㊂(1)式(1)的 快速最优控制”综合系统为̇x 1=x 2,̇x 2=-r sgn x 1-v (t )+x 2x 2æèçöø÷r ìîíïïï㊂(2) 为避免系统进入稳态时产生 高频颤振”,直接给出跟踪微分器TD 的离散形式㊂设离散控制系统:x 1(k +1)=x 1(k )+Tx 2(k ),x 2(k +1)=x 2(k )+T ㊃f [x 1(k ),x 2(k ),v (k ),r ,h {],(3)其中h 为滤波因子,r 为速度因子,T 为跟踪步长,v (k )为系统的输入,x 1(k )为信号的跟踪输出,x 2(k )为信号微分的输出㊂函数f 计算如下:δ=rh ,δ0=δh ,d =x 1-v +hx 2,a 0=δ2+8r d ,a =x 2+d /h ,d ≤δ0,x 2+0.5(a 0-δ)sgn(d ),d >δ0{,f =-ra /δ,a ≤δ,-r sgn(a ),a >δ{ìîíïïïïïïïïïïïï,(4)其中x 1和x 2为离散后跟踪微分器的状态变量㊂r 和h 为变参,其中h 为滤波因子,r 为反映跟踪快慢的速度因子,影响跟踪微分器的速度和噪声过滤功能,sgn(x )为符号函数㊂2.3　非线性组合两个跟踪微分器的输出分别为v 1,v 2和y 1,y 2,则偏差信号e 0㊁e 1㊁e 2如下:e 1=v 1-y 1,e 2=v 2-y 2,e 0=∫t 0e 1d t ìîíïïïï㊂(5) 根据式(5)中关于偏差信号的表达,非线性组合设计如下:u (t )=K p g (e 1,α1,δ1)+K I g (e 0,α0,δ0)+K D g (e 2,α2,δ2),(6)其中K P ㊁K I ㊁K D 分别为控制器中比例环节㊁积分环节以及微分环节的增益系数,非线性函数g (e ,a ,δ)如下:g (e ,a ,δ)=e δ1-α,e ≤δ,e αsign(e ),e >δ{,(7)其中参数α为影响函数的非线性程度,参数δ为影响函数的非线性区间大小㊂2.4　参数整定盛贤君等[11]与晏东[12]给出了跟踪微分器的参数整定方法㊂晏东[12]描述了工程实践中参数h 的取值过程,针对参数r ,盛贤君等[11]给出了跟踪微分器带宽w 与r 的代数关系:w =1.14r ㊂(8) 推导可得r 最小可取r 0=w 20/1.142,经仿真分析确定r 的近似值㊂通常r 的取值越大,跟踪微分器8101吉林大学学报(信息科学版)第41卷跟踪响应越快㊂关于非线性组合的其他参数整定大多通过仿真进行调参,在此不进行赘述㊂3　仿真验证3.1　仿真模型验证为验证上述控制策略的正确性和有效性,对其进行孤岛模式仿真实验㊂设定系统初始稳定运行时,系统有功功率负载20kW,无功功率5kVar,输出频率为50Hz㊂3.1.1　负载突变时输出有功功率和输出频率分析在0.1s 时,有功负载增加8kW,系统输出有功功率和频率的波形变化曲线如图5所示㊂当有功负载增加时,系统输出频率降低,由仿真结果可知系统输出频率最终稳定在约49.62Hz,鉴于新能源发电系统对频率变化范围的规定为49.5~50.2Hz,符合要求㊂图5　非线性PID 控制下有功负载突变时输出波形Fig.5　Output waveform when the active load changes under nonlinear PID control 3.1.2　负载突变时输出无功功率和电压分析在0.1s 时,无功负载增加1kVar,系统输出无功功率和电压的波形变化曲线如图6所示㊂当无功负载增加时,系统输出电压降低,由仿真结果可知系统输出电压幅值最终稳定在约305V,变化幅度为1.61%,鉴于新能源发电对电压幅值变化范围要求为±10%,虽然实际输出与其有微小的误差,但基本符合要求㊂图6　非线性PID 控制下无功负载突变时输出波形Fig.6　Output waveform when reactive load changes under nonlinear PID control 3.2　仿真波形比较及分析为验证加入非线性PID 电压电流双闭环控制的效果,将其与传统PID 电压电流双闭环控制的启动波形响应时间进行对比㊂同时,在系统稳定运行时的某一时刻(0.3s)进行有功负载突变实验,进行非线性PID 电压电流双闭环控制及仿真结果对比㊂3.2.1　启动波形图7为系统稳态时交流侧输出电流波形㊂如图7a 为传统PID 控制下的交流侧输出电流波形,可以看出系统在0.02s 左右完成了稳定输出;非线性PID 控制下的交流侧输出电流波形如图7b 所示,系统9101第6期付光杰,等:基于非线性PID 的微电网虚拟同步发电机控制在0.01s 左右快速完成了稳定输出㊂仿真结果表明,非线性PID 控制能实现系统交流侧电流快速达到稳定状态㊂图7　交流侧输出电流波形Fig.7　AC output current waveform 图8为传统PID 控制及非线性PID 控制的交流侧电压快速傅里叶变换比较㊂传统PID 控制时,如图8a 所示,基波电流为44.5A,三相电流总谐波畸变为1.57%;非线性PID 控制时,如图8b 所示,基波电流为44.5A,三相电流总谐波畸变为0.59%㊂结果表明,非线性PID 控制能有效降低系统交流侧电流谐波含量,同时提高系统性能㊂图8　输出电流谐波分析Fig.8　Output current harmonic analysis 3.2.2　负载突变时波形分析在0.3s 进行有功负载突变实验,图9为系统在有功负载突增时的输出电流波形㊂如图9a 所示,传统PID 控制下的有功负载突增时交流侧输出电流波形在0.3s 有功负载突增一倍时,系统在0.04s 后完成下一个稳态运行;非线性PID 控制下的有功负载突增时交流侧输出电流波形如图9b 所示㊂图9　有功负载突增时输出电流波形Fig.9　Output current waveform when active load surges 0201吉林大学学报(信息科学版)第41卷当0.3s 有功负载突增一倍时,系统在0.01s 后迅速完成下一个稳态运行㊂仿真结果表明,当负载突增时,非线性PID 控制能实现系统交流侧电流快速达到下一个稳态输出㊂图10为系统在有功负载突减时的输出电流波形㊂图10a 为传统PID 控制下的有功负载突减时交流侧输出电流波形,可以看出在0.3s 有功负载突减至10kW 时,系统在其后完成下一个稳态运行;非线性PID 控制下的有功负载突减时交流侧输出电流波形如图10b 所示,当0.3s 有功负载突减至10kW 时,系统在0.01s 后迅速完成下一个稳态运行㊂仿真结果表明,当负载突减时,非线性PID 控制能实现系统交流侧电流快速达到下一个稳态输出㊂图10　有功负载突减时输出电流波形Fig.10　Output current waveform when active load drops abruptly 4　结　语针对微电网VSG 电压电流双闭环控制模块中传统PI 控制的不足,笔者采用了基于跟踪微分器的非线性PID 控制对双闭环进行改进,并通过仿真平台进行验证㊂首先,当负载突变时,观察系统到达稳态并稳定运行的输出频率㊁电压以及输出功率波形,系统输出稳定㊁响应时间快;其次,对VSG 传统PID 控制与非线性PID 控制进行稳定运行和负载突变的仿真实验对比分析,在加入非线性PID 后,微电网系统只出现了短暂的波动,响应速度加快同时电流谐波含量减少㊂仿真结果表明,该控制算法有效地提高了干扰后系统恢复稳态的速度,并提高了控制精度,具有较强的自适应性和鲁棒性㊂参考文献:[1]ZHONG Q C,WEISS G.Synchronverters:Inverters That Mimic Synchronous Generators [J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2010,58(4):1259⁃1267.[2]付光杰,吕春明,江雨泽,等.含多分布式电源的孤岛微电网改进下垂控制策略[J].吉林大学学报(信息科学版),2020,38(4):402⁃409.FU G J,LÜC M,JIANG Y Z,et al.Has Many Islands of Distributed Power Supply and Power Grid Improved Droop Control Strategy [J].Journal of Jilin University (Information Science Edition),2020,38(4):402⁃409.[3]KAHROBAEIAN A,IBRAHIM MOHAMED A worked⁃Based Hybrid Distributed Power Sharing and Control for Islanded Microgrid Systems [J].IEEE Transactions on Power Electronics,2015,30(2):603⁃617.[4]张玉治,张辉,贺大为,等.具有同步发电机特性的微电网逆变器控制[J].电工技术学报,2014,29(7):261⁃268.ZHANG Y Z,ZHANG H,HE D W,et al.Synchronous Generator Characteristics of Micro Grid Inverter Control [J].Journalof Electrical Engineering Technology,2014,29(7):261⁃268.[5]张亚楠,朱淼,张建文,等.基于自适应调节的微源逆变器虚拟同步发电机控制策略[J].电源学报,2016,14(3):11⁃19.ZHANG Y N,ZHU M,ZHANG J W,et al.Based on Adaptive Adjustment of Micro Source Inverter Control Strategy of Virtual Synchronous Generator [J].Journal of Power,2016,14(3):11⁃19.[6]程国栋,邵宣,王贵峰.虚拟同步发电机参数自适应控制策略[J].可再生能源,2021,39(12):1655⁃1661.CHENG G D,SHAO X,WANG G F.Virtual Synchronous Generator Parameters Adaptive Control Strategies [J].Journal of Renewable Energy,2021,39(12):1655⁃1661.1201第6期付光杰,等:基于非线性PID 的微电网虚拟同步发电机控制2201吉林大学学报(信息科学版)第41卷[7]周勇,曾喆昭.自学习非线性PID抗扰控制原理研究[J].控制工程,2017,63(11):397⁃405.ZHOU Y,ZENG Z Z.Research on Principle of Self⁃Learning Nonlinear PID Disturbance Rejection Control[J].Control Engineering,2017,63(11):397⁃405.[8]SO GUN⁃BAEK,JIN GANG⁃GYOO.Fuzzy⁃Based Nonlinear PID Controller and Its Application to CSTR[J].Korean Journal of Chemical Engineering,2018,35(3):819⁃825.[9]段永杰,王江磊,陈仁涛.自抗扰控制技术研究及应用[J].决策探索(中),2018(7):85⁃86.DUAN Y 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基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法随着可再生能源在电力系统中的比重逐渐增大，虚拟同步发电机（VSG）技术因其良好的电网支撑能力而受到广泛关注。

在电网发生电压跌落时，低电压穿越（LVRT）能力成为评价VSG性能的重要指标。

本文将探讨一种基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法。

一、背景介绍虚拟同步发电机（VSG）技术是一种模拟传统同步发电机运行特性的控制策略，使可再生能源发电系统具有与传统同步发电机相似的电网支撑能力。

然而，在电网电压跌落时，VSG系统可能会因过电流、过速等问题而退出运行。

因此，研究VSG的低电压穿越（LVRT）控制方法具有重要意义。

二、模式平滑切换原理模式平滑切换控制方法的核心思想是在电网电压跌落时，通过调整控制策略，使VSG在两种运行模式之间平滑切换，从而实现低电压穿越。

1.正常运行模式：在电网电压正常时，VSG采用与传统同步发电机相似的运行模式，以实现良好的电网支撑能力。

2.低电压穿越模式：当检测到电网电压跌落时，VSG切换至低电压穿越模式，通过调整有功、无功输出，使系统在电压跌落期间保持稳定运行。

三、低电压穿越控制策略1.有功功率控制：在低电压穿越模式下，通过降低有功功率输出，减小VSG对电网的冲击。

2.无功功率控制：在低电压穿越模式下，增加无功功率输出，以提高系统电压，减小电压跌落对设备的影响。

3.切换控制：根据电网电压跌落程度，设计平滑切换策略，使VSG在两种模式之间平滑过渡。

四、仿真验证为验证所提出的基于模式平滑切换的VSG低电压穿越控制方法的有效性，进行仿真实验。

实验结果表明，该方法能够有效实现VSG在电网电压跌落时的低电压穿越，保证系统稳定运行。

五、结论本文提出了一种基于模式平滑切换的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法。

该方法通过在电网电压跌落时，调整VSG的有功、无功输出，实现两种运行模式之间的平滑切换，从而提高VSG在低电压穿越过程中的性能。

虚拟同步机微电网控制策略发表时间：2020-12-22T08:03:58.079Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第19期作者：王嘉乐1 鲁卿1 曾梓宸1 [导读] 而微电网是上述能源的主要工作模式，完整的微电网控制策略是保证发电系统顺利运行的前提。

南京南瑞太阳能科技有限公司江苏南京 210000摘要：微电网在工作状态常出现频率不稳和电压失衡情况，导致此问题原因为微电网中分布式电源间歇性工作引发，而虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator，VSG)可有效对微电网系统进行控制，减少微电网频率与电压波动。

虚拟同步机控制可克服传统并网逆变器无惯性给电网带来的冲击，可提升电网接纳可再生能源的能力，在微电网中受到了广泛关注。

本文最后通过仿真实验证实虚拟同步机可主动支撑电网频率恢复。

关键词：虚拟同步机；微电网；控制策略随着我国科技的不断发展，分布式发电正在逐步取代传统电力系统，集中式火电厂和水电厂的供电形式逐渐向新能源发电转型，以分布式发电为主的小规模发电系统在日常生活中得到广泛应用。

近年来，随着绿色环保法规的日趋严格，风、光等可再生资源逐渐得到广泛应用，而微电网是上述能源的主要工作模式，完整的微电网控制策略是保证发电系统顺利运行的前提。

1虚拟同步机的基本原理虚拟同步发电机技术是一种通过模拟同步发电机组的机电暂态特性，使采用变流器的电源具有同步发电机组的惯量、阻尼、一次调频、无功调压等并网运行外特性的技术。

而且虚拟同步机的投入并不需要对电网进行大规模改造，不仅实用性强，还经济实惠。

逆变器装置采用虚拟同步机解耦控制方法、新型并离网控制方法，具有同步发电机等效转动惯量、系统阻尼等特性，可有效解决微网并、离网无缝切换问题，显著提升供电可靠性并产生可观的经济效益。

目前随着新能源并网比例越来越高，电力电子化电力系统成为发展趋势，虚拟同步机的价值将得到充分体现。

1.1虚拟同步机原理VSG技术全称为Virtual Synchronous Generator，VSG技术是将一次性调频和惯量控制进行结合并完成输出的微电网控制技术，与同步发电机一样具备相同的特点，VSG是根据同步发电机原理创造的一种数学模型。

基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略研究基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略研究随着可再生能源的不断发展和应用，光伏系统在电力系统中的比重也越来越大。

并网逆变器作为光伏系统的核心组件，其控制策略对光伏系统的运行和性能具有重要影响。

近年来，基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略被广泛研究，其具有良好的稳定性和适应性。

虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）是一种模拟传统同步发电机的控制方法，它可以将光伏系统与电网有效地连接起来。

VSG控制策略通过控制逆变器的电压和频率，使其与电网保持同步运行，从而实现光伏系统的并网运行。

此外，VSG控制策略还具有电网支持功能，可以提供无功功率和频率响应等特性，增强光伏系统与电网的稳定性。

本文基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略进行了深入研究。

首先，介绍了光伏系统的基本原理和逆变器的工作原理。

然后，详细阐述了虚拟同步发电机的原理和控制策略。

VSG控制策略主要包括电流控制环和电压控制环两个环节，通过对逆变器输出电流和电压进行精确控制，实现光伏系统与电网的同步运行。

在电流控制环中，采用基于dq坐标系的电流控制方法，通过对逆变器输出电流的反馈控制，实现无功功率的控制。

在电压控制环中，采用频率锁定环控制方法，通过反馈控制逆变器输出电压的频率，实现与电网的同步运行。

接着，本文对虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略进行了仿真实验。

采用Matlab/Simulink软件建立了光伏系统模型，对不同工况下的VSG控制策略进行了仿真分析。

仿真结果表明，基于虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略具有较高的稳定性和追踪精度，能够有效提高光伏系统的并网性能。

最后，本文对虚拟同步发电机的并网逆变器控制策略进行了优化改进。

结合模糊控制和PID控制方法，提出了一种混合控制策略，能够更好地应对电网故障和并网不稳定等问题。

优化后的虚拟同步发电机控制策略在实验中进行了验证，结果表明其在提高光伏系统与电网的动态响应和稳定性方面取得了明显优势。

基于虚拟同步发电机的光伏逆变器并网控制的研究开题报告一、研究背景和意义随着能源需求的不断增长和环境污染的加剧，全球对于清洁能源的需求正在逐渐增加。

光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广泛的应用前景。

与传统的电网相比，光伏发电并网对于其控制策略要求更严格。

其中，光伏逆变器作为连接光伏电池板和电网之间的关键设备，其并网控制策略直接影响到光伏发电系统的运行效率和稳定性。

当前，光伏逆变器并网控制方法主要包括传统的电压控制方法和频率控制方法。

然而，传统控制方法在一定程度上存在着响应速度慢、精度不高等问题。

为了提升并网控制的精度和稳定性，虚拟同步发电机控制方法成为了近年来研究的热点。

该方法基于虚拟同步发电机来实现光伏逆变器与电网的同步，并通过对电网电压和频率的控制，来提高光伏发电系统的电能质量和控制精度。

因此，本文将对基于虚拟同步发电机的光伏逆变器并网控制方法进行深入研究，旨在探索一种更加精准和稳定的光伏发电并网控制方法，并为实现光伏发电系统的可靠运行提供技术支持。

二、研究内容和方法本研究将基于虚拟同步发电机理论，利用Matlab/Simulink仿真平台进行模拟实验，并构建光伏发电系统的数学模型。

主要研究内容包括：1.分析虚拟同步发电机控制方法的原理和特点，设计基于该方法的光伏逆变器并网控制策略。

2.建立基于虚拟同步发电机的光伏逆变器数学模型，并分析其在并网过程中的动态特性。

3.利用Matlab/Simulink仿真平台，对虚拟同步发电机控制方法和传统控制方法在光伏发电系统中的效果进行比较和分析。

4.通过实验验证，探究基于虚拟同步发电机的光伏逆变器并网控制策略在实际应用中的可行性和稳定性。

三、预期研究成果1.设计出基于虚拟同步发电机的光伏逆变器并网控制方法，并分析其优势和局限性。

2.建立基于虚拟同步发电机的光伏逆变器数学模型，并分析其在并网过程中的动态特性。

3.通过对仿真实验结果的分析，评估虚拟同步发电机控制方法在光伏发电系统中的性能表现。

微电网中的虚拟同步发电机技术党克;许泽鹏;车永亮【摘要】针对分布式电源容量较小,几乎没有转动惯量和阻尼作用,对电网稳定性产生很大影响等问题,探讨了虚拟同步发电机技术(virtual synchronous generator,VSG)在微电网中的应用.首先介绍了VSG的基本概念及结构,然后对国内外VSG技术的研究现状以及几种典型的VSG方案进行分析,最后在分析微电网结构的基础上从系统调频、调压2个方面,阐述了VSG在微电网中的作用.研究表明该技术可通过储能装置为分布式电源提供虚拟惯量,使得分布式电源参与系统调频调压,有效解决分布式电源大量接入电网所带来的稳定性问题.%In allusion to problems of distributed generation (DG) such as small capacity,having no rotational inertia and damping effect,which may produce great influence on stability of the power grid,this paper discusses virtual synchronous generator (VSG) technology.It firstly introduces basic concept and structure of VSG and then analyzes research status quo of VSG technologies and some kinds of VSG schemes at home andabroad.Finally,it states functions of VSG in micro-grid in two aspects of system frequency regulating and voltage regulating on the basis of analyzing structure of the micro-grid.Research indicates that this VSG technology can provide virtual inertia for DG through energy storage devices so as to make DG participate in frequency and voltage regulating and effectively solve the problem of stability caused for reason of massive DG accessing to the power grid.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】7页(P7-12,21)【关键词】分布式电源;微电网;虚拟同步发电机;虚拟惯量;下垂控制【作者】党克;许泽鹏;车永亮【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;国网新疆电力公司乌鲁木齐市供电公司,新疆乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】TM71随着分布式发电技术及微电网技术迅速发展，分布式电源在电力系统中的渗透率不断提高[1-5]。

虚拟同步发电机及其在孤岛微电网中的应用发布时间：2022-04-24T02:04:19.937Z 来源：《福光技术》2022年8期作者：杨雨[导读] 微电网可以根据电能形式的不同进行分类，通常分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网，其中以交流微电网为主。

哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司黑龙江省 150000摘要：分布式电源一般通过电力电子变换器接入微电网，不具有传统同步发电机的惯量和阻尼特性。

当微电网处于孤岛运行时，由于没有主电网的支撑，分布式电源的低惯性将给微电网的稳定运行带来严峻的考验。

虚拟同步发电机（VSG）控制是通过模拟同步发电机的运行特性，使分布式电源的并网逆变器具备了惯量和阻尼特性，可提高微电网的稳定性。

本文以VSG为对象，主要开展了VSG直流母线电压稳定方法及其在孤岛微电网中的协调控制策略研究，对提升孤岛微电网运行稳定性具有一定的理论价值和实际意义。

关键词：虚拟同步发电机；孤岛微电网；应用1微电网概述微电网可以根据电能形式的不同进行分类，通常分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网，其中以交流微电网为主。

交流微电网根据与主电网的连接状态进行分类，可分为并网型和孤岛型两种。

本文研究的是孤岛运行下的交流微电网。

在交流微电网中，各种发电单元和储能等都需要通过电力电子变换器进行并网。

风力发电由于输出的交流电压和频率不能满足上网条件，所以需要通过整流和逆变过程后才能接入交流母线。

由于光伏与储能输出为直流电，一般只需通过逆变器并入微电网。

一些小型的燃气轮机则直接接入系统，联合分布式电源给负荷供电。

微电网一般通过变压器与主电网连接。

交流微电网具有的特点如下：1）经济效益，优化能源配置：微电网能够接入光伏、风电、火电等各种形式的能源不同形式的能源，可以实现各种能源的优势互补，优化能源配置。

分布式能源的接入实现了“就地消纳”，避免了能量传输带来的经济损失。

2）灵活性、可接入性：当微电网与主电网连接时，微电网并网运行，当其不与微电网连接时，则孤岛运行，能够根据需要进行灵活切换。