負荷虛擬同步機及其低電壓故障穿越控制

胡文強, 吳在軍, 竇曉波, 胡敏強

(東南大學電氣工程學院, 江蘇省南京市 210096)

0 引言

隨著分布式電源和整流型負載的大量分散接入,電力系統中電力電子設備所占比重越來越大,導致系統整體阻尼與慣量水平下降,給系統的穩定可靠運行帶來了不可忽視的影響。傳統電力系統中的電源(同步發電機)和負荷(同步電動機)都能自主參與系統的運行和管理,并在系統頻率/電壓、有功/無功異常情況下做出響應。這主要得益于源、網、荷具有同步的頻率,在電源、電網或負荷出現擾動時,依靠三者之間的同步機制實現耦合,以抵御外部擾動對系統的干擾。如果使分布式電源和負荷分別模擬同步發電機和同步電動機的特性,自然可以實現“源—網—荷”自治運行和主動管理[1]。基于這種思路,有學者提出虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)[2-5]的概念,使基于逆變器并網的分布式發電系統模仿傳統同步發電機的輸出特性,為電力系統提供虛擬慣性與阻尼支撐。目前VSG的研究主要集中于建模分析[6-7]、參數整定[8-9]等理論分析,以及探討在光伏電站[10]、交直流微電網[11-12]、高壓直流輸電[13]等多種場景的應用。

相比于VSG的研究,負荷虛擬同步機(load virtual synchronous machine,LVSM)的研究尚處于起步階段。文獻[14]首次提出模擬同步電動機特性的三相脈寬調制(PWM)整流器,可運行于定功率與定直流電壓兩種模式,并能夠實現單位功率因數運行,具有較好的電能質量。文獻[15-17]將LVSM應用于電動汽車(electric vehicle, EV)充電,不但能夠滿足用戶充電需求,還可參與電網調頻、調壓服務,并提高快充接口的慣性和阻尼,起到了EV和電網之間的柔性緩沖作用。……