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光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電依靠并網(wǎng)逆變器并入電網(wǎng)，這些電力電子逆變器設(shè)備具有控制靈活、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是隨著電力系統(tǒng)中電力電子設(shè)備的增多，這些裝置本身低慣量無阻尼的特點(diǎn)會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

虛擬同步發(fā)電機(jī)（virtual synchronous generator, VSG）技術(shù)是利用控制算法模擬同步發(fā)電機(jī)的模型，使逆變器具有阻尼與慣量特性，能夠在電網(wǎng)頻率、電壓發(fā)生波動時(shí)主動參與系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)壓服務(wù)，改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。VSG的提出為提高電網(wǎng)對新能源的消納能力提供了新思路。

VSG的參數(shù)設(shè)置直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而VSG的主要參數(shù)阻尼與慣量雖然是給定的，但經(jīng)過一系列的信號采集、變換等控制后，系統(tǒng)輸出的阻尼與慣量是否符合設(shè)定值尚未可知。因此，需要對VSG實(shí)際輸出阻尼與慣量進(jìn)行參數(shù)辨識。有關(guān)文獻(xiàn)提出的VSG參數(shù)辨識方法都是針對某一特定的VSG模型進(jìn)行辨識，由于VSG模型的建立方法不統(tǒng)一，在面對不同VSG結(jié)構(gòu)或VSG結(jié)構(gòu)未知時(shí)則無法辨識。

針對并網(wǎng)逆變器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略多樣化問題，河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院的研究人員從實(shí)際電網(wǎng)頻率頻繁波動的角度考慮，采用電網(wǎng)頻率擾動，并考慮逆變器采集電網(wǎng)頻率時(shí)需要鎖相環(huán)（phase locked loop, PLL），以及功率計(jì)算需要的濾波環(huán)節(jié)，建立完整的VSG控制小信號模型。然后通過系統(tǒng)的閉環(huán)零極點(diǎn)分析鎖相環(huán)與濾波環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，將VSG模型分為降階模型和全階模型。

研究人員通過電網(wǎng)頻率擾動與負(fù)荷擾動實(shí)驗(yàn)，結(jié)合多新息隨機(jī)梯度法，推導(dǎo)出統(tǒng)一模型VSG的關(guān)鍵參數(shù)辨識方法，定量辨識出采用VSG控制的逆變器實(shí)際輸出的等效阻尼和慣量，量化其對電網(wǎng)的支撐作用，也可作為商用VSG控制逆變器的檢驗(yàn)手段。

圖1 VSG主電路及控制算法部分

他們表示逆變器輸出的慣量與阻尼不只是VSG中設(shè)定的慣量、阻尼，而是系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)疊加影響后的等效慣量與阻尼。另外，濾波器與鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)置適當(dāng)時(shí)，其對系統(tǒng)的影響過程在短時(shí)間內(nèi)完成，反饋不到系統(tǒng)的輸出功率環(huán)上，此時(shí)可完成VSG模型的降階。但當(dāng)參數(shù)或結(jié)構(gòu)未知時(shí)，可直接使用全階模型進(jìn)行辨識。

研究人員指出通過電網(wǎng)的頻率擾動結(jié)合離網(wǎng)模式的負(fù)荷擾動獲得系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據(jù)，采用多信息隨機(jī)梯度法進(jìn)行參數(shù)辨識，數(shù)據(jù)利用率高，辨識算法簡單有效，可準(zhǔn)確識別出逆變器輸出的等效阻尼與慣量大小，量化逆變器對電網(wǎng)的支撐作用。

本文編自2022年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“電網(wǎng)頻率小擾動下虛擬同步發(fā)電機(jī)統(tǒng)一模型關(guān)鍵參數(shù)辨識”，作者為朱軍、曲玉博 等，本課題得到國家自然科學(xué)基金、河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目、河南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。