松弛小功角約束條件的虛擬同步發電機功率解耦策略

李明烜, 王 躍, 徐寧一, 周 暉, 雷萬鈞

(電力設備電氣絕緣國家重點實驗室(西安交通大學), 陜西省西安市 710049)

0 引言

目前,以逆變器作為并網接口的風電、光伏等分布式電源發展迅速,滲透率不斷提高,使得電網的慣性和阻尼不足、電壓和頻率支撐能力變弱等問題越來越突出,這嚴重限制了分布式電源的并網容量[1-5]。為解決此問題,虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)的概念被提出[5-11]。VSG作為一種適合并網逆變器廣泛接入的有前景的控制策略,近年來已成為新能源領域的研究熱點[12-13]。

VSG通過下垂控制實現對頻率和電壓自動獨立調節,因此VSG繼承了傳統下垂控制中存在的功率耦合問題[14-15]。下垂控制能有效工作的基本條件是傳輸線路接近純感性且功角滿足小功角近似條件[16]。然而,分布式電源往往會連接到低壓或中壓網絡中,其阻抗比R/X往往較大。而且在許多情況下,如逆變器發生較大擾動時,小功角近似會產生較大誤差。這兩方面都會造成有功功率和無功功率發生耦合,進而影響功率的控制精度、動態響應以及系統穩定性。同時,由于VSG引入了虛擬慣量控制,其內在特性決定了VSG可能會產生有功功率振蕩[7,17]。如果有功功率和無功功率控制環之間存在耦合,振蕩會在兩個環路之間傳遞,使無功功率也隨著有功功率振蕩,增加兩個功率環在動態調節過程中的振蕩幅值和調節時間,嚴重時甚至使控制失效而引發振蕩發散[18]。相比傳統同步發電機而言,并網逆變器的過流能力差,往往不能承受較大的功率振蕩。……