基于VSG的交直流混合微電網負荷換流器控制策略

尚子勇 王剛

摘要：隨著新能源發電技術、電力電子技術的長足進步，電力系統正經歷著從交流配網向交直流混合微電網的范式轉變。本文以交直流混合微電網中的交流負荷換流器為研究對象，提出了一種基于虛擬同步機（VSG）并配合儲能單元控制的換流器控制策略。該策略以虛擬同步算法為核心，通過在直流側加入超級電容配合補償，為系統提供充足的慣性，從而有效抑制了負荷波動對系統穩定性的影響。

Abstract： With the rapid progress of new energy generation technology and power electronics technology， power system is undergoing a paradigm shift from AC distribution network to AC / DC hybrid microgrid. A converter control strategy based on virtual synchronous machine （VSG） and controlled by energy storage unit is proposed in this paper. The strategy takes the virtual synchronization algorithm as the core， and provides sufficient inertia for the system by adding super capacitor compensation to the DC side， thus effectively suppressing the influence of load fluctuation on the stability of the system.

關鍵詞：直流配電網;直接電流法控制;下垂控制;虛擬同步機;負荷波動

Key words： DC distribution network;direct current control;droop control;virtual synchronizer;load fluctuation

中圖分類號：TN830???????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0173-02

0? 引言

隨著新能源發電的發展，越來越多的電力電子器件接入電網，傳統交流配電系統已經不能滿足系統對穩定性的要求，而直流配電在電能質量、線損、及可再生能源接入等方面具有更優異的特性，因此，為滿足可再生能源及儲能裝置大規模接入的需求，直流配電技術已經成為電力系統研究的熱點問題。但系統中仍然會存在大量的交流負荷，而如何通過調節交流負荷側換流器的控制策略來提高交流負荷側的電能質量就顯得尤為重要。在傳統交流系統中，同步發電機是主要的發電單元，由于同步發電機能夠為系統提供慣性和阻尼，因此系統可以穩定運行;但在以可再生能源發電為主的直流配電網中，系統所能提供給交流負荷的慣性和阻尼遠小于交流電網，因此采用直流配網技術對交流負荷的供電質量是一個巨大的挑戰。在交流系統中，當功率出現波動時，有幾款傳統的換流器控制策略來調節功率的波動。文獻[1]采用了間接電流法（Indirect Current Control，ICC）控制，通過對電壓幅值和相角對電流進行間接調節，但由于存在動態響應速度慢，直流電流瞬時偏移等問題，即使經過改進后，較直接電流法（Direct Current Control，DCC）仍存在差距，現已較少采用。而DCC控制直接作用于交流側電流，動態性能優于ICC，并對直流電流瞬時偏移有更優異的調節特性。但系統中如果有同步發電機（Synchronous Generator，SG）的存在，系統中缺乏慣性和阻尼而引起的功率震蕩問題將得到根本性的解決，基于此，文獻[2]提出，根據SG下垂特性曲線作為控制方式對有功功率及無功功率分別進行調節，具有較好的調節效果，但因該調節為有差調節，不能完全的替代同步機在系統中的作用，基于此，文獻[3-4]提出虛擬同步機（Virtual Synchronous Generator，VSG）對交流系統功率波動進行調節，通過引入轉子運動方程在控制策略中，相比下垂控制有更優異的性能。基于以上研究成果，本文首先搭建了虛擬同步配合儲能單元控制策略，在仿真實驗中，將所提方案與DCC及下垂控制作比較，驗證了虛擬同步配合儲能單元的控制策略在直流配電網中優異的調節特性。

1? 虛擬同步配合儲能單元控制

在下垂控制的基礎上，引入虛擬同步算法配合直流儲能單元在理論上可以實現對系統的無差調節，在傳統交流電網中需要加入儲能電池配合虛擬同步機進行調節。而在直流配電網中，可以通過在換流器直流側并聯大容量電容實現儲能單元的功能，基于此，搭建了虛擬同步配合儲能單元的控制策略。