虛擬同步發電機的并網功率控制及模式平滑切換

顏湘武, 賈焦心, 王德勝, 李正文, 葛延峰

(1. 河北省分布式儲能與微網重點實驗室(華北電力大學), 河北省保定市 071003;2. 國網遼寧省電力有限公司, 遼寧省沈陽市 110006)

0 引言

由于清潔能源在很長一段時期內仍需要接入同步電網,因此虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)技術應運而生,并且近年來受到了廣泛關注。采用VSG技術的分布式電源具備與同步機組相同的運行機制,都能自主地參與電網的運行和管理,并在電網電壓/頻率、有功功率/無功功率異常情況下做出相應的響應,積極應對電網的暫態和動態穩定問題[1-2]。

文獻[3-8]研究了VSG技術在風電、光伏、儲能等不同場景下的應用問題,每種場景都會有并網和離網運行工況。對于雙模式運行的VSG,需要保證儲能單元的荷電狀態(state of charge,SOC)在充放電過程中都在安全范圍內,一旦由于VSG直流側的分布式電源功率波動或VSG參與一次調頻導致儲能單元SOC超出安全范圍,則需停止放電或充電[9]。此時,若依舊采用VSG控制策略,則直流側的分布式電源由于需要預留容量而無法實現最大功率控制[1]。此外,文獻[6]指出當電網頻率與儲能VSG頻率額定值之間的偏差較大時,常規VSG控制策略由于具有頻率和電壓下垂特性(本文稱為下垂控制模式,即Droop控制模式),需要吸收或者發出大量有功功率才能與電網頻率達成平衡,這可能導致儲能VSG過載。因此,僅僅依靠VSG的頻率下垂控制不能適應并網運行,有必要研究能夠與VSG的Droop控制模式平滑切換的PQ控制(恒功率控制)模式。

VSG輸出有功功率的動態和穩態特性由虛擬慣量和阻尼系數的大小決定,難以兼具良好的動態和穩態性能。……