不平衡电网下虚拟同步机的多模式协调策略.pdfVIP

2023 年 8 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No. 16 第 38 卷第 16 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2023 DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L10082 不平衡电网下虚拟同步机的多模式协调策略 1 1 1 1 2 潘子迅 杨晓峰 赵 锐 崔晨阳 闫 涛 （1. 北京交通大学电气工程学院 北京 100044 2. 新能源与储能运行控制国家重点实验室（中国电力科学研究院有限公司） 北京 100192 ） 摘要 新能源并网换流器采用虚拟同步机（VSG ）控制有利于提升电网惯量和阻尼水平，但 在电网电压不平衡时存在输出电流畸变和瞬时功率脉动的问题。为灵活调控不平衡电网下VSG 输 出电流质量与功率纹波，该文提出一种VSG 多模式协调策略。首先，研究不平衡电网下的 VSG 瞬时功率脉动抑制机理，在功率恒定模式分析并网电流谐波特征的基础上，利用VSG 虚拟功率计 算电流参考指令并引入协调系数对其修正；其次，在多谐振电流内环控制下实现 VSG 电流平衡- 功率恒定多模式协调，并研究协调系数影响及其取值区间选取方法；最后，通过仿真与实验结果 验证了该文理论分析与所提控制策略的有效性。 关键词：虚拟同步机 不平衡电网 电流质量 功率纹波 协调控制 中图分类号：TM46 与矢量控制类似，当网压不平衡时，VSG 控制存在 0 引言 输出电流畸变和瞬时功率二倍频脉动现象[12-13] ，这 在我国“碳达峰、碳中和”目标下电力系统呈 无疑会给新能源并网电能质量带来显著的负面影 现出高比例新能源并网的发展趋势，预计到2060 年 响。因此，研究不平衡电网下的VSG 控制策略以抑 我国风光能源装机容量和发电量将突破 70.1 亿kW 制电流畸变和功率脉动具有重要意义。 和 11.9 亿万 kW·h ，占电力装机总容量和总发电量 针对上述问题，文献[14-15]开展了不平衡电网 比重分别超过85%和69.2%[1-3] 。与传统同步电机相 VSG 正序电流内环设计，然而所提策略仅能实现电 比，新能源通过电力电子换流器并网存在低惯量、 流平衡目标。文献[16]在双 dq 坐标系下提出 VSG 弱阻尼特点，难以主动为电网提供频率与电压支撑， 正、负序电流控制方法，虽可实现电流平衡、有功 不利于电网的安全稳定运行[4] 。针对以上问题，虚拟 功率恒定或无功功率恒定三种控制目标，但显著增 同步机（Virtual Synchronous Generator, VSG ）技术 加了控制复杂度。文献[17]在两相静止坐标系下利 应运而生[5-6] 。VSG 通过模拟同步电机的机械与电 用谐振控制器补偿VSG 负序电压以实现多种目标， 磁特性以实现电网等效惯量和阻尼提升，在新能源 然而难以实现精确的电流跟踪。以上研究均采用基 发电并网领域备受关注[7-8] 。 波负序控制思路，不仅难以兼顾有功和无功功率脉 构建以新能源为主体的新型电力系统，其核心 动抑制，正负序分离环节还增大了计算负担[18] 。对 指标之一为确保新能源并网换流器向电网输送高质 此，文献[19]提出基于拓展功率的VSG 策略，无需 量电流与稳定功率。正常电网工况下，通过合理设 正负序分离且可实现有功和无功功率同时恒定，然 计VSG 控制系统及参数[9-10]不难实现新能源高质量 而未考虑不同目标间的协调。已