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目前对于光伏虚拟同步机的不同控制方案,实现虚拟惯量和阻尼的原理相同,主要的不同在于模拟同步发电机机的电暂态方程的程度有差异。
光储虚拟同步机技术是采用同步电机的电机暂态方程在电力电子变流器的控制环节进行控制,光储虚拟同步机与常规的光伏相比,需要将传统逆变器控制升级,并增加储能单元。使光伏储能成为具有同步机并网的惯性、有功调频、无功调压、阻尼特征等特征的新型技术。
光储虚拟同步机是并网逆变器的直流侧引入储能,集成同步发电机控制模型,以优化控制,使可再生能源并网单元与同步发电机在物理和数学上实现基本等效,降低大规模可再生能源并网对大电网造成的影响。
储能单元作为VSG系统的重要组成部分,为VSG提供稳态频率调节和动惯性所需的能量。为了在保证系统同时减小体积和成本,对储单元惯性所需的能量。为了在保证系统同时减小体积和成本,对储单元惯性所需的能量。为了在保证系统同时减小体积和成本,对储单元量配置问题进行研究。
2 逆变器虚拟同步发电机数学模型(略)
在VSG中,元件上的对应关系为光伏发电可以视作同步发电机的机械驱动,储能单元及其变换器对应的是同步发电机的转动惯性,逆变器对应的是同步发电机的机电能量转换过程。
此外,VSG的数学模型与控制的原理是光伏并网与同步发电机存在对应关系,具体关系为逆变器桥臂中点的输出电压可以等效为同步发电机的内电势;在对应关系上,并网逆变器的滤波电感L可以等效为同步发电机的同步电感。
图2 虚拟同步机的结构
3 有功功率与无功功率的调节(略)
图4 VSG无功-电压控制框图
4 总结与展望
本文综述了虚拟同步发电机技术及其在大型光储联合系统上的应用进行研究,分析了虚拟同步机的机械、电磁暂态方程,用虚拟同步机控制的逆变器与同步发电机的对应关系,调压、调频控制策略。也给出了有功调节和无功调节的数学及物理模型。
VSG的优势分两点,其一因为虚拟同步发电机其实是在下垂控制基础上引入一个一阶惯性环节,在输出侧出现扰动时,频率响应更加平滑,很大程度避免新能源发电领域逆变器出工不出力的现象。其二在于VSG间接作用于输出电压的相位,当负荷侧出现扰动时,VSG输出频率的暂态过程和电网中的同步发电机角速度变化能够保持一致,避免了电网中低频振荡的发生。
而虚拟同步机技术则将这一劣势最大程度的避免。虚拟同步机的劣势在于没有发挥电力电子元件更好的特性和配合储能过程中因储能技术的瓶颈,不能更好发展。
未来虚拟同步机技术不趋向于模拟传统同步机,而是借鉴传统同步机优点的条件下,发挥电力电子装置自身的优势。
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