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针对并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略多样化，河南理工大学电气工程与自动化学院的研究人员朱军、曲玉博、刘鹏辉、郭向伟、杜少通，在2022年第7期《电气技术》上撰文，建立统一的虚拟同步发电机线性化模型，提出逆变器实际输出等效惯量和阻尼系数的辨识方法，量化其对电网的支撑能力。
光伏、风电等新能源发电依靠并网逆变器并入电网，这些电力电子逆变器设备具有控制灵活、响应速度快的优点，但是随着电力系统中电力电子设备的增多，这些装置本身低惯量无阻尼的特点会对电力系统的稳定运行造成影响。
虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术是利用控制算法模拟同步发电机的模型，使逆变器具有阻尼与惯量特性，能够在电网频率、电压发生波动时主动参与系统的调频调压服务，改善系统的运行状态。VSG的提出为提高电网对新能源的消纳能力提供了新思路。
VSG的参数设置直接影响系统的稳定性，而VSG的主要参数阻尼与惯量虽然是给定的，但经过一系列的信号采集、变换等控制后，系统输出的阻尼与惯量是否符合设定值尚未可知。因此，需要对VSG实际输出阻尼与惯量进行参数辨识。有关文献提出的VSG参数辨识方法都是针对某一特定的VSG模型进行辨识，由于VSG模型的建立方法不统一，在面对不同VSG结构或VSG结构未知时则无法辨识。
针对并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略多样化问题，河南理工大学电气工程与自动化学院的研究人员从实际电网频率频繁波动的角度考虑，采用电网频率扰动，并考虑逆变器采集电网频率时需要锁相环（phase locked loop, PLL），以及功率计算需要的滤波环节，建立完整的VSG控制小信号模型。然后通过系统的闭环零极点分析锁相环与滤波环节对系统性能的影响，将VSG模型分为降阶模型和全阶模型。
研究人员通过电网频率扰动与负荷扰动实验，结合多新息随机梯度法，推导出统一模型VSG的关键参数辨识方法，定量辨识出采用VSG控制的逆变器实际输出的等效阻尼和惯量，量化其对电网的支撑作用，也可作为商用VSG控制逆变器的检验手段。
图1 VSG主电路及控制算法部分
他们表示逆变器输出的惯量与阻尼不只是VSG中设定的惯量、阻尼，而是系统各控制环节叠加影响后的等效惯量与阻尼。另外，滤波器与锁相环参数设置适当时，其对系统的影响过程在短时间内完成，反馈不到系统的输出功率环上，此时可完成VSG模型的降阶。但当参数或结构未知时，可直接使用全阶模型进行辨识。
研究人员指出通过电网的频率扰动结合离网模式的负荷扰动获得系统动态过程数据，采用多新息随机梯度法进行参数辨识，数据利用率高，辨识算法简单有效，可准确识别出逆变器输出的等效阻尼与惯量大小，量化逆变器对电网的支撑作用。
本文编自2022年第7期《电气技术》，论文标题为“电网频率小扰动下虚拟同步发电机统一模型关键参数辨识”，作者为朱军、曲玉博 等，本课题得到国家自然科学基金、河南省科技攻关项目、河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目的支持。
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2022年11月3日-5日 武汉
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