1. 研究目的与意义
随着全球范围内能源危机和环境问题的日益突出，分布式发电技术和微电网技术得到越来越多的关注。作为分布式电源与配电网的纽带，并网逆变器的常规控制策略本身给配电网和微电网安全稳定运行带来的挑战。借鉴传统电力系统的运行经验，若使得并网逆变器具有同步发电机的外特性，必然能提高含并网逆变器的分布式发电系统和微电网的运行性能，并能方便地将一些传统电网的运行控制策略移植到微电网中。本课题拟从光伏、风机及电动汽车三种典型的配电网源荷的虚拟同步机技术的应用，对当前该技术的发展现状进行总结归纳，便于对该技术后续研究的开展。
2. 课题关键问题和重难点
它突破了原先是发电机端供应的单向模式，变成了负荷端和发电端的双向调节。例如，普遍使用的空调在引入虚拟同步机技术后，就可以根据电网的电量来自动调节空调的功率。当电量不够时，空调能够自动减少用电量，帮助电网实现自动平衡。所以，未来的电力系统在采用虚拟同步机技术后，发电设备和负荷能够通过内在的同步机制自主交互，在不需要人工调节的情况下就可以实现系统的稳定运行。对未来电力系统的发展将会更加灵活，虚拟同步机技术可以很好地解决分布式电源与电网的兼容性问题，是解决大规模分布式电源并网的有效途径。可以说，虽然未来的电力系统不能控制事故的发生，但可以将事故控制在一定范围内。另外虚拟同步电机尚有许多问题有待解决。例如虚拟同机电机即可控制电压源又能控制电流源，许多电压或者电流源或者混合进去电网的适应性问题有待考究，还有电网发生短路故障时传统电机能够支撑较大的短路电流而虚拟同步电机则不能支撑较大的短路电流。还有虚拟同步电机无功功率控制速度比传统电机更加敏捷但是电压控制能力则不如传统电机。最后储能装置只考虑惯性功率那么虚拟同步电机则作用不大，考虑衔接一次调频和二次调频又增大了投入，虚拟同步电机为满足一次调频，预留功率会损失发电量。
3. 国内外研究现状（文献综述）
由于能源和环境危机日益严重，随着大规模的风能、太阳能、电动汽车等接入电网，以及能源使用效率的提高，发电技术和微电网技术得到越来越多的支持。虚拟同步技术涉猎众多方面。下面就是虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置。为了更好地将可再生能源接入配电网,针对并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制技术进行了研究。详细分析了VSG的数学模型和控制策略,在不同惯性和阻尼参数条件下,分过阻尼、欠阻尼和临界阻尼3种情况,提出了VSG附加储能单元优化配置的功率、能量和动态响应时间三大指标参数。结果表明:为了模拟同步发电机的惯性和阻尼,VSG 需配置一定量的储能单元,其最小功率需求为所需要平抑的可再生能源波动功率的幅值,而其最小能量需求和动态响应时间均为与VSG惯性和阻尼参数相关的简洁表达式,文献【1】在荷兰的 VSYNC(virtualsynchronous machines)项目中,研究人员提出了VSG的概念,通过先进的控制策略,让并网逆变器模拟同步发电机的摇摆方程,以提高电网频率稳定。然而,该控制策略只关注VSG的有功调节,忽略了其无功和电压调节能力。德国克劳斯塔尔工业大学的学者在引入虚拟励磁控制后,进一步提出了虚拟同步电机的概念,是对VSG的有效补充。然而,这两种VSG都是直接控制输出电流的电流型并网接口,而传统同步发电机是电压型并网接口,两者之间还存在一定的差别。
虚拟同步技术在微电网中也有重要的发挥。针对分布式电源并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略及其在微电网中的应用进行研究。建立并网逆变器用虚拟同步发电机控制方案的数学模型,研究基于虚拟转矩和 虚拟励磁的并网有功、无功调节方案,定量分析系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响,详细分析惯性和阻尼参数的整定方法,提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略,可模拟同步发电机的准同期并列装置。结果表明,所提的并网功率调节控制策略具有较好的有功、无功跟踪性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提高系统稳定性,此外,还能满足微电网不同运行模式之间的无缝切换。
文献【2】本文献深入探讨虚拟同步发电机的数学模型，并提出虚拟同步发电机的有功和无功调节控制器，得出虚拟同步电机和微电网无缝切换控制策略，在控制策略中电阻R越大对并网电流的中的高频振荡分量的抑制就越强，但是缺点就是并网逆变器的输出电压，有功无功功率和指令值出现区别。在实际中电感L的运行情况与温度有密不可分的关系，这样就与原先的整定值产生误差，这也会导致输出电压和功率出现偏差，这也反映控制模型对虚拟同步电机有影响。
4. 研究方案
1.分布式发电控制技术发展现状； 2.虚拟同步机技术原理分析； 3.虚拟同步机技术在光伏发电中的应用； 4.虚拟同步机技术在风力发电中的应用； 5.虚拟同步机技术在电动汽车充电中的应用；
5. 工作计划
1.在前期收集资料的基础上，完成开题报告和外文翻译。
2.搜集资料，并分析虚拟同步机。
3.虚拟同步机技术原理分析。
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