浅谈虚拟同步发电机控制策略的发展趋势
虚拟同步发电机技术导则
一、虚拟同步发电机技术导则1、虚拟同步发电机技术介绍虚拟同步发电机技术是一种新型的发电技术，它利用电力系统中的多个发电机之间的虚拟同步连接，使发电机之间的联结变得紧密，从而提高发电机的功率因数和稳定性。
虚拟同步发电机技术可以改善电力系统的功率因数，提高发电机的可靠性，减少电力系统的损耗，提高电力系统的容量，减少电力系统的谐波污染，改善电力系统的电压质量，提高电力系统的稳定性，降低电力系统的维护成本，提高电力系统的可用性，减少电力系统的停电次数，改善电力系统的安全性，提高电力系统的可控性，减少电力系统的控制成本，提高电力系统的节能性，改善电力系统的可靠性，提高电力系统的可操作性，延长电力系统的使用寿命。
2、虚拟同步发电机技术原理虚拟同步发电机技术是一种新型的发电技术，它利用电力系统中的多个发电机之间的虚拟同步连接，使发电机之间的联结变得紧密。
虚拟同步发电机技术的原理是：通过电力系统中的多个发电机之间的虚拟同步连接，使发电机之间的联结变得紧密，从而提高发电机的功率因数和稳定性。
虚拟同步发电机技术是通过两个或多个发电机之间的虚拟同步连接来实现的，其中一台发电机作为同步发电机，另一台发电机作为被同步发电机，同步发电机控制被同步发电机的频率和电压，使发电机之间的联结变得紧密，从而提高发电机的功率因数和稳定性。
3、虚拟同步发电机技术的优点（1）改善电力系统的功率因数：由于虚拟同步发电机技术可以提高发电机的功率因数，因此可以改善电力系统的功率因数，使电力系统更加稳定。
（2）提高发电机的可靠性：虚拟同步发电机技术可以提高发电机的可靠性，从而提高电力系统的可靠性。
（3）减少电力系统的损耗：虚拟同步发电机技术可以减少电力系统的损耗，从而降低电力系统的运行成本。
（4）提高电力系统的容量：虚拟同步发电机技术可以提高电力系统的容量，从而提高电力系统的可用性。
（5）减少电力系统的谐波污染：虚拟同步发电机技术可以减少电力系统的谐波污染，从而改善电力系统的电压质量。
电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究
电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究引言电力系统是现代社会不可或缺的组成部分。
在传统电力系统中，发电机的控制一直是电力系统稳定性研究的主要方向。
虚拟同步发电机作为新型的发电机控制方式，被广泛地应用于电力系统中。
本文旨在探讨电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究的现状及未来发展方向。
第一章：虚拟同步发电机的概述1.1 什么是虚拟同步发电机？虚拟同步发电机是一种模拟传统同步发电机运行特性的发电机控制方式。
在虚拟同步发电机的控制下，发电机的运行特性和同步发电机相似，但是具有更好的响应速度和灵活性。
1.2 虚拟同步发电机的工作原理虚拟同步发电机的控制方式主要基于功率控制器和电网反馈控制器。
通过控制发电机实际输出功率与反馈电网电压之间的差值，实现发电机的电压和频率控制。
第二章：电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性2.1 电网稳定性的概述电网稳定性是指电力系统在发生故障或负荷突变时，保持电压、频率等各种物理指标的稳定性能力。
电网稳定性对于保障电力系统的正常运行至关重要。
2.2 基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，可以松绑发电机的电压、频率控制，从而提高电力系统在扰动下的稳定性能力。
在现有研究中，虚拟同步发电机的控制算法被广泛应用，以完善电力系统在扰动下的稳定性。
第三章：虚拟同步发电机对电网稳定性研究的应用3.1 稳态分析虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，能够优化电力系统的稳态性能。
在稳态分析中，虚拟同步发电机的控制算法能够有效地解决电力系统在发电机接入或切除时出现的问题，从而保证电力系统的稳定性。
3.2 瞬态分析瞬态分析是电力系统中另一个重要的稳定性分析。
虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，能够优化电力系统在瞬态过程中的稳定性，通过控制发电机的电压和频率，降低瞬态过程中产生的电压波动和频率波动。
第四章：发展方向及未来展望虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，为电力系统的稳定性提供了新的思路和方法。
基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换控制策略
基本内容
模式平滑切换技术是解决低电压穿越问题的一种有效策略。它通过识别电网 的状态，选择合适的运行模式以适应不同的电网条件。当电网出现故障，电压降 低时，虚拟同步发电机能够平滑地切换到低电压运行模式，保证系统的稳定运行。
基本内容
在我们的方法中，我们设计了一种新颖的控制策略，该策略能够根据电网的 实时状态决定虚拟同步发电机的运行模式。当电网正常时，虚拟同步发电机以同 步模式运行，发挥其调节电力频率和稳定电网的作用。而当电网出现故障，电压 降低时，虚拟同步发电机能够平滑地切换到低电压运行模式，保证系统的稳定运 行。
三、实验验证
三、实验验证
为了验证VSG控制策略的有效性，我们搭建了一个微网系统实验平台。该平台 包括一个三相微网逆变器、一个分布式能源（本实验中为太阳能电池板）、一个 负载以及一个电能质量分析仪器。
三、实验验证
在实验中，我们首先将微网逆变器连接到分布式能源和负载，并正常运行。 然后，我们引入了VSG控制策略，观察并测量系统的性能。实验结果表明，采用 VSG控制策略后，微网系统的稳定性得到了显著提高，电能质量也有了明显的改 善。具体数据如下：
基本内容
针对虚拟同步发电机微网运行模式无缝切换的控制策略，我们提出以下方案：
1、同步发电机的建模与控制： 首先
2、无模板：在实现虚拟同步发 电机的控制策略时，我们采用了 无模板的方法
2、无模板：在实现虚拟同步发电机的控制策略时，我们采用了无模 板的方法
实验设计和数据采集： 为了验证提出的控制策略有效性，我们搭建了一个包含虚拟同步发电机的微 网实验平台。在实验中，我们采集了虚拟同步发电机及微网的各项运行数据，包 括电压、电流、有功功率、无功功率等。通过实时调整控制策略，我们观察了微 网运行模式无缝切换的控制效果。
虚拟同步发电机参数整定短路1.5
虚拟同步发电机参数整定短路1.5摘要：1.虚拟同步发电机概述2.虚拟同步发电机参数整定的重要性3.短路1.5 的含义及其对虚拟同步发电机的影响4.如何进行虚拟同步发电机参数整定5.虚拟同步发电机参数整定的实际应用案例6.虚拟同步发电机参数整定的发展趋势正文：一、虚拟同步发电机概述虚拟同步发电机（Virtual S 同步发电机，简称VSR）是一种基于逆变器技术的发电机模型。
它通过在逆变器控制中引入惯性环节，模拟同步发电机的运行特性，从而提高微电网中分布式能源的并网性能。
虚拟同步发电机在微电网中的应用，可以有效降低分布式能源并网时对电网的冲击，提高电力系统的稳定性和可靠性。
二、虚拟同步发电机参数整定的重要性虚拟同步发电机的参数整定是确保其性能优良的关键。
参数整定包括对虚拟同步发电机的惯性环节、阻尼比和耦合系数等参数的调整。
合理的参数整定可以使虚拟同步发电机在并网运行时，具有良好的稳定性和响应速度，有效抑制电网中的谐波和电流冲击。
而不合理的参数整定可能导致虚拟同步发电机性能不佳，甚至可能引发电网故障。
三、短路1.5 的含义及其对虚拟同步发电机的影响短路1.5 是指在电力系统中，当发生短路故障时，系统的短路电流达到其额定电流的1.5 倍。
短路1.5 对虚拟同步发电机的影响主要表现在两个方面：一是短路1.5 会导致虚拟同步发电机中的电流和电压发生较大波动，影响其并网性能；二是短路1.5 可能使虚拟同步发电机控制中的惯性环节失效，导致发电机无法正常运行。
四、如何进行虚拟同步发电机参数整定虚拟同步发电机参数整定的方法有很多，其中较为常见的有：基于响应曲线的整定方法、基于模型预测控制的整定方法、基于模糊逻辑控制的整定方法等。
这些方法各有优缺点，具体应用时需要根据实际系统情况进行选择。
五、虚拟同步发电机参数整定的实际应用案例某微电网系统中，采用了虚拟同步发电机技术，并通过合理的参数整定，实现了分布式能源的高效并网。
基于虚拟同步发电机的风电系统惯量控制策略研究
基于虚拟同步发电机的风电系统惯量控制策略研究I. 研究背景随着全球经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大。
风能作为一种清洁、可再生的能源，近年来得到了广泛的关注和应用。
然而风力发电系统的稳定性和可靠性仍然是一个亟待解决的问题。
为了提高风力发电系统的性能，研究人员们开始探索各种控制策略。
其中惯量控制是一种有效的方法，它可以通过调整发电机的转子惯量来实现对风力发电系统输出功率的精确控制。
虚拟同步发电机(VSG)是一种新型的风力发电技术，它可以有效地解决传统风力发电机的一些问题，如转速不稳、难以并网等。
然而由于VSG的结构和工作原理与传统的风力发电机有很大差异，因此在实际应用中面临着许多挑战。
为了克服这些挑战，研究人员们开始研究基于VSG的风电系统惯量控制策略。
A. 风电系统的发展现状和趋势随着科技的不断发展，人类对能源的需求也在不断增加。
在这个过程中，风电作为一种清洁、可再生的能源，受到了越来越多的关注。
从最初的边远地区到现在的大规模风电场，风电系统的发展可谓是翻天覆地。
然而随着风电场规模的扩大，风电系统的控制问题也日益凸显。
为了提高风电系统的稳定性和经济性，惯量控制策略的研究显得尤为重要。
在过去人们主要通过调整风力发电机的转速来实现对风电系统的控制。
然而这种方法存在很多局限性，如对环境的影响较大、对电网的稳定性影响较大等。
因此研究人员开始寻求新的方法来提高风电系统的控制性能，基于虚拟同步发电机(VSG)的惯量控制策略应运而生。
VSG是一种能够模拟同步发电机行为的设备，可以在一定程度上替代实际的同步发电机。
通过引入VSG,可以有效地解决传统风电系统控制中的一些问题，提高风电系统的稳定性和经济性。
在未来随着技术的不断进步，风电系统将会更加智能化、高效化。
例如通过引入先进的控制算法，可以实现对风电系统的实时监控和优化；通过建立智能调度系统，可以实现风电场的快速响应和调度。
此外随着储能技术的发展，风电系统也可以更好地与其他能源系统协同工作，为人类提供更加清洁、可持续的能源。
虚拟电机技术应用前景和发展方向
虚拟电机技术应用前景和发展方向 孔祥平;冯畅;丁昊;史明明;袁宇波;张宸宇 【摘 要】随着高压大容量电力电子技术的迅速发展,越来越多的电力电子设备将投入运行,电力电子化已成为电力系统发展的必然趋势.但是,电力系统电力电子化程度的不断加深使系统相对惯量、阻尼下降,不利于电力系统的安全稳定运行.虚拟电机技术可以使电力电子设备模拟传统旋转电机惯量和阻尼特性,解决电力电子化电力系统所面临的安全稳定问题.文中主要介绍了虚拟同步电机和虚拟直流电机技术的基本原理,并描绘了虚拟电机技术在光伏和风力发电、电力电子式变压器、柔性交直流输电和负荷响应控制等方面的应用前景,最后对虚拟电机技术的发展方向进行了探讨.
【期刊名称】《江苏电机工程》 【年(卷),期】2017(036)005 【总页数】10页(P35-44) 【关键词】电力电子化电力系统;虚拟电机;虚拟惯量;阻尼特性 【作 者】孔祥平;冯畅;丁昊;史明明;袁宇波;张宸宇 【作者单位】国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;南京磐能电力科技股份有限公司,江苏南京210031;国网江苏省电力公司检修分公司,江苏南京211102;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103 【正文语种】中 文 【中图分类】TM46 随着高压大容量电力电子技术的迅速发展，电力电子设备在电力系统发电、输电和配用电等环节中得到了广泛的应用，主要体现在以下几个方面：(1) 发电。风电、光伏等新型发电技术几乎都需要依赖电力电子换流器接入电网。基于“经济-能源-环境”协调发展的战略需求，可再生能源发电占比将不断提高，并逐步取代传统火力发电[1, 2]。(2) 输配电。传统高压直流输电逐渐成为远距离、大容量电力输送的常规手段[3]，而新型柔性直流输电也在区域电网互联、海上风电并网等领域得到工程应用[4]。基于电力电子换流器的柔性交流输电技术也越来越普遍地得到应用[5]。(3) 配用电。分布式电源、储能、电动汽车及其他电力电子设备大量接入，固态照明、变频调速等节能技术将使大多数常规负载电力电子化[6]。 同时，作为由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置及负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统，交、直流微电网可以作为独立运行的自治区域接入配电系统。既可以并网运行，也可以孤立运行，是提高对分布式电源的接纳能力和利用效率的一个有效途径[7, 8]。因此，交、直流微电网技术得到了快速的发展，并将逐步得到应用。 电力电子技术的广泛应用极大地完善了电网性能，提高了电网运行效率，满足了电网对自动化和信息化的巨大需求。在加快智能电网建设步伐的今天，越来越多的电力电子设备将投入运行，电力电子化已成为电力系统发展的必然趋势。 在传统电力系统中，同步电机、直流电机的转子具有机械转动惯量，蕴含大量动能，在电网发生扰动或故障时，能够利用转子的动能与电网进行能量交换，以维持电网的稳定性。并且，旋转电机的阻尼特性也可抑制电网的频率振荡[9]。然而，相对于传统电机，电力电子设备的响应速度非常快，且自身没有传统电机所固有的旋转惯量和阻尼分量，因此电力电子化的电力系统中大量接入的几乎无惯量和阻尼的电力电子设备给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战[10]。 虚拟电机技术是一种使得柔性交直流输电设备、可再生能源发电、电动汽车、储能等电力电子设备可以模拟出类似旋转电机所具有的旋转惯量和阻尼特性的换流器控制技术[10]，为解决电力系统电力电子化程度不断加深所面临的一系列挑战提供了新的思路和解决方案。本文将介绍虚拟电机技术的基本原理，分析虚拟电机技术的典型应用场景，并进一步展望虚拟电机技术的发展方向。 1.1 传统旋转电机的惯性和阻尼 电动机可以认为是发电机的一种“逆变换”。因此，下文主要以发电机为例对传统旋转电机的惯性和阻尼进行介绍。 同步发电机与直流发电机的转子机械特性方程相同，如式(1)所示。 式中:Tm,Te分别为机械转矩和电磁转矩;Pm,Pe分别为机械功率和电磁功率;D为阻尼系数;J为转子转动惯量;θ为电角度;ω为实际电角速度;Δω=ω-ωn为电角速度差;ωn为额定电角速度。 从式(1)可以看出，由于转子运动方程中转动惯量J和阻尼系数D的存在，传统旋转电机在电网电压、频率扰动以及负荷波动过程中具有对机械惯性和阻尼功率振荡的能力，有利于电力系统的安全稳定运行。 1.2 虚拟同步发电机技术 以光伏逆变电源为例，介绍虚拟同步发电机(VSG)的结构框架和控制策略。逆变电源和传统同步发电机的对应关系如图1所示。 对比图1所示，光伏逆变电源和同步发电机之间存在一一对应的关系：光伏阵列可以等效为同步发电机的原动机；储能及其双向变换器对应原动机和同步发电机的转动惯量；三相两电平逆变器对应同步发电机的机电能量转换过程；逆变器桥臂中点的平均输出电压可以等效为同步发电机的内电势；逆变器滤波电感和寄生电阻可以分别等效为同步发电机的定子电感和电阻[12-14]。 为了使得光伏逆变电源模拟出传统旋转电机的惯性和阻尼，其VSG控制策略如图2所示[10, 12-22]。 在图2中，Pset,Qset分别为有功功率和无功功率的给定;Pfed和Qfed分别为有功功率和无功功率的反馈(即实测值)；Dp,Dq分别为虚拟的频率下垂系数和电压下垂系数;ω为VSG的角频率;ωn为额定角频率；Un为额定电压有效值;Ufed为VSG的实侧机端电压；J为虚拟转动惯量;θ,Em分别为三相调制波的相位和幅值。 传统同步发电机通过对机械转矩的调节，调节发电机的有功输出，从而实现对电网频率偏差的响应；通过调节励磁调节其无功输出及机端电压。相对应地，在图2中，可以通过对式(2)中VSG的虚拟机械转矩Tm_virtual的调节，实现光伏逆变电源对电网频率的响应。 类似地，可以通过调节VSG模型的虚拟电势Em来调节机端电压和无功功率。 2.2 虚拟直流发电机技术 以光伏直流电源为例，介绍虚拟直流发电机(VDCG)的结构框架和控制策略。光伏直流电源[23]和传统直流发电机之间的对应关系如图3所示。 对比图3所示，光伏直流电源和直流发电机之间存在一一对应的关系：光伏阵列可以等效为直流发电机的原动机；储能及其双向变换器对应原动机和直流发电机的转动惯量；DC/DC换流器对应直流发电机的机电能量转换过程；换流器输出电压可以等效为直流发电机的感应电动势；滤波电感和寄生电阻可以分别等效为直流发电机的电枢电感和电阻。 为了使得光伏直流电源模拟出传统旋转电机的惯性和阻尼，其VDCG控制策略如图4所示。 在图4中，Uset为机端电压的给定；Du为虚拟下垂系数；Φ为磁链;Eref为感应电动势的参考值。 上述VSG技术和VDCG技术均是针对电源提出的虚拟发电机技术，以使得基于电力电子器件的电源可以模拟传统旋转发电机的惯性和阻尼特性。同样的，为了使基于电力电子器件的可调负荷可以参与电网交互、响应电网电压和频率扰动、提高电网稳定性，可以采取相应的虚拟电动机技术，其基本原理与虚拟发电机技术类似，仅在具体实现上(如：在虚拟电动机技术中，模拟调速系统性能时应为Tm-Te)存在一定区别，不再赘述。 虚拟发电机技术和虚拟电动机技术统称为虚拟电机技术。 虚拟电机技术可以使得基于电力电子器件的电源和可控负荷模拟出传统旋转电机的惯性和阻尼特性，从而有效地响应电网电压和频率波动，提高电网的稳定性。因此，在电力系统电力电子化程度日益加深的未来，虚拟电机技术具有广阔的应用前景。 2.1 光伏电源的虚拟同步发电机技术 一方面，受外界光照强度变化的影响，在最大功率跟踪(MPPT)控制策略下的光伏电源出力具有明显的间歇性和随机性。不仅会对电网电压稳定性带来不利的影响，也会引起电网频率的波动[24]，甚至可能会导致电力系统崩溃，造成大面积停电事故。另一方面，光伏电源通过逆变器与电网接口，在常规控制策略下，严格跟踪电网频率，且响应迅速，缺乏传统同步发电机所具有的惯量和阻尼特性[25, 26]。随着并网容量的不断增长，尤其是应用于微电网这种容量较小的系统中时，光伏电源的接入将导致电网动态特性变差，稳定裕度降低。 针对此，国内外学者提出了多种光伏电源的VSG控制方案[10, 12-22, 27-31]，其虚拟惯量和阻尼的实现原理大体与图2相同。VSG使得光伏电源可以模拟出同步发电机特性，从而有效应对光伏电源大规模接入带来的电网安全隐患问题，这对于光伏发电技术的发展和应用具有重要意义。 为了模拟传统同步发电机的惯量，不具备储能特征的光伏电源需要配置一定容量的储能装置。对于分布式光伏电源，可在其直流母线或并网出口处配置储能装置；对于集中式光伏电站，为了提高VSG改造的经济性和可靠性，应在并网出口处集中配置储能装置。储能装置不仅可以提供光伏阵列所不能提供的差额功率，实现VSG控制，也可以平抑光伏电源的功率波动。 2.2 风电机组的虚拟惯量和阻尼控制 目前风电场中的主力机型——双馈感应发电机(DFIG)和直驱永磁风力发电机(PMSG)的MPPT控制策略使得风力机的转速和电网频率之间不再存在耦合关系。当电网有功功率和频率扰动时，风电机组仍然遵循MPPT的控制指令向电网输送功率，不能响应电网的动态变化，无法提供惯性支持[32]。同时，风电机组的有功功率输出也对电网功率振荡没有任何响应措施，缺乏对系统功率振荡的抑制能力。因此，国内外的风电场中不同程度和不同类型的(次同步、超同步)振荡问题时有发生，特别是在风电渗透率较高的区域电网中尤为突出。通过改进现有风电机组的控制策略，增加其惯量和阻尼特性，对风电渗透率较高的区域电网的安全运行具有重要意义。 国内外学者对DFIG和PMSG的虚拟惯量控制开展了研究，提出了基于MPPT的附加惯量控制[32-35]和基于MPPT曲线优化的虚拟惯量控制[36-38]等多种实现方案，使得风电机组可以根据电网频率变化来释放或储存转子动能，从而为电网有功扰动提供动态频率支撑，改善风电场接入电网后降低系统惯量的不利影响。针对上述控制策略中风电机组在提供动态频率支撑的同时无法实现MPPT的问题，文献[39]建议在风电场并网处安装储能装置，并提出利用储能装置补偿风电场惯量的控制策略。文献[40, 41]提出了一种风电机组的基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略，可使系统功率振荡迅速衰减，改善系统的阻尼特性。进一步地，文献[42, 43]分别提出了包含虚拟惯量和阻尼控制在内的风电机组综合电力系统稳定器(PSS)控制策略和DFIG的虚拟同步发电机控制，同时模拟了传统同步发电机组的惯量和阻尼特性。
虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略
虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制
策略
虚拟同步发电机（VSG）是一种新型的电力调节设备，它能够实现多种功能，如电力质量改善、电力稳定性提升等。
在利用VSG进行能量调节时，实现VSG系统的自适应控制是至关重要的。
VSG的转动惯量和阻尼系数是VSG系统的重要参数，对系统的运行稳定性和响应速度起着非常重要的作用。
因此，如何实现VSG的转动惯量和阻尼系数协同自适应控制成为了当前的研究热点。
本文研究了一种基于转动惯量和阻尼系数协同自适应控制的VSG系统控制策略。
该策略通过对VSG系统的电流、电压和转速进行实时监控，通过VSG逆变器的电流控制器和动态电压调节器对电力进行调节。
通过对VSG的转动惯量和阻尼系数进行估算，可以在实时的调节过程中实现VSG的自适应控制，从而提高VSG 系统的运行效率和稳定性。
在该策略中，首先通过传感器对VSG系统的电流、电压和转速进行实时监控，得到实时的电力参数。
然后通过VSG逆变器的电流控制器和动态电压调节器对电力进行调节，保持系统的运行稳定。
接着，通过对VSG的转动惯量和阻尼系数进行估算，可以更精确地控制VSG系统的响应速度和稳定性。
最后，在系统稳定后，VSG的转动惯量和阻尼系数可以通过在线学习算法进行自适应调整，从而使VSG系统的控制更加灵活和高效。
该策略在仿真实验中进行了验证，并与传统的VSG系统控制策略进行了比较。
结果表明，基于转动惯量和阻尼系数协同自适应控制的VSG系统具有更好的控制效果和响应速度，能够更好地实现VSG系统的稳定运行。
因此，该策略具有较好的应用前景，可以为VSG系统的控制和优化提供有益的参考。
新能源虚拟同步发电机技术与应用
新能源虚拟同步发电机技术与应用
随着全球对清洁能源的需求不断增加，新能源发电技术正逐渐
成为主流。
其中，虚拟同步发电机技术作为一种重要的新能源发电
技术，正在逐渐受到关注并得到广泛应用。
虚拟同步发电机技术是指利用电子器件和控制系统实现新能源
发电设备（如风力发电机或太阳能光伏发电机）模拟同步发电机的
运行特性，从而实现与传统同步发电机的协调运行。
这项技术的出现，为新能源发电设备与传统电网的接入提供了一种新的解决方案，有助于提高电网的稳定性和可靠性。
虚拟同步发电机技术的应用可以从以下几个方面来看：
1. 提高电网稳定性，传统电力系统依赖于同步发电机来提供稳
定的电力输出，而新能源发电设备的接入会带来电网不稳定的问题。
虚拟同步发电机技术可以通过模拟同步发电机的运行特性，使新能
源发电设备在接入电网时能够提供稳定的电力输出，从而提高电网
的稳定性。
2. 促进新能源发电设备的接入，传统同步发电机需要严格的同
步条件才能接入电网，而虚拟同步发电机技术可以降低这些接入条件，使得新能源发电设备更容易地接入电网，从而促进新能源的利用和开发。
3. 提高电网的可靠性，虚拟同步发电机技术可以通过控制系统实现对新能源发电设备的灵活控制，使其能够适应电网的需求，从而提高电网的可靠性和适应性。
总的来说，虚拟同步发电机技术的出现为新能源发电设备与传统电网的协调运行提供了一种新的解决方案，有助于提高电网的稳定性和可靠性，促进新能源的利用和开发。
随着技术的不断进步和完善，相信虚拟同步发电机技术将在未来发挥更加重要的作用，推动清洁能源的发展和应用。
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浅谈虚拟同步发电机控制策略的发展趋势
作者：张晓磊 郭裕祺
来源：《科技风》2018年第18期
摘 要：随着分布式电源装机比例的不断提升，相继出现了系列问题，从而影响到了传统
电网的电力传输，因此有学者提出了虚拟同步发电机控制策略以模拟传统电网中的同步发电机
的调频调压特性，从而改善分布式系统的稳定性，有效解决分布式电网欠阻尼、低惯性的问
题。本文将简要介绍虚拟同步发电机控制策略的基本类型及其发展趋势。
关键词：虚拟同步发电机；控制策略；发展趋势
随着生态坏境问题的愈加严重，以及不可再生能源的大量消耗，使可再生能源的研究和利
用成为解决能源和环境问题的核心。而可再生能源发电不连续、随外界因素变化大等特点使储
能技术应用而生，各种蓄电池的有效利用为可再生能源发电提供了能量缓冲平台，将可再生能
源有效的存储起来，克服了弃风弃水弃光等问题。在此基础上，应用而生的虚拟同步发电机控
制策略很好的模拟了传统电网自建电压、大惯性、高输出阻抗的优点。其控制策略的主要分为
了电流型和电压型。本文简略介绍了虚拟同步发电机的发展现状及其现在主要采用的电压型虚
拟同步发电机的工作原理。
1 虚拟同步发电机的发展现状
早在1997年， IEEE Task Force 工作组织AA.Edris等学者首次提出静止同步发电机的概
念；2005年荷兰代尔夫特科技大学Johan Morren 首次在风力发电时模拟了同步发电机的转动
惯量和一次调频特性；2007年，德国劳克斯塔尔工业大学的Beck教授率先提出虚拟同步机概
念，通过对同步发电机完整的七阶数学模型进行建模研究，并在电力电子设备上模拟了同步发
电机的转动惯量与阻尼特性；2008年K.VISSCHER教授在欧洲的联合项目“VSYNC”的基础上
提出了虚拟同步发电机的概念，在直流侧加入储能支撑的基础上，通过模拟同步发电机的有功
无功的一阶下垂特性以及转子的动态运动方程使电力电子设备表现出同步发电机的转动惯量与
阻尼特性的外特性。随后，荷兰能源中心、代尔夫特工业大学等研究机构也对此工程做了大量
的理论分析和研究，但这些方案都为电流控制型虚拟同步电机：即主要从外特性上模拟了同步
发电机的摇摆方程，并没有模拟同步发电机的调压特性，仅將控制对象等效为受控电流源，在
电网电压的支撑下，进一步调节逆变器输出电流的幅值和相位，所以此种控制难以为系统提供
足够的电压支撑，不能在系统孤岛时使用。并且电流型虚拟同步发电机在建模时，所采用的模
型阶次比较高，因此会在运行时造成震荡以及不稳定的现象，并且随模型的阶次越高，其震荡
现象会越严重，早期有学者把这种震荡现象归结为PI控制器的积分参数选择不合理，但随后
的研究中发现是模型选择阶次太高所致。
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因此，在随后的发展当中以我国合肥工业大学的丁明教授、英国利物浦大学的钟庆昌教授
为首的团队，在2009年提出了电压控制型的虚拟同步发电机：其本质是模拟同步发电机的转
子运动方程和调压特性，将逆变器输出的电压作为控制对象来调节系统输出电压幅值、频率并
进行实时的相位跟踪与同步，提高了系统的稳定性。
而在之后的发展中，国内外学者在虚拟同步发电机的方向不断深入，先后在其建模、控
制、参数选取等方面取得了进展。
随着近年虚拟同步发电机的研究热潮，在实际的项目中也开始应用此控制策略，如在
2016年，世界首个虚拟同步机示范工程在河北省张北县投入试验运行，为破解清洁能源大规
模并网提供了良方。即针对新能源发电所具有的间歇性和波动性，在其大容量集中接入时对电
网产生强烈的冲击。从而引入同步发电机的阻尼环节和转子惯性环节，并结合储能装置从而抑
制电网频率、电压的快速波动。
2 电压型虚拟同步发电机
由于完整的六阶同步发电机模型，参数较多，控制难度大，所以现在主流的文献与实验一
般采用的建模模型都为传统同步发电机的二阶模型，其主要模拟了转子的运动特性，与同步发
电机的励磁调节系统。即虚拟同步发电机中的有功频率调节器和无功电压调节器，其中有功—
频率调节器在实现发电机组的一次调频特性的基础之上，还可以模拟同步发电机的惯性环节；
无功—电压调节器实现了发电机组的一次调压以及励磁调节功能。
2.1 有功—频率调节器
同步发电机通过频率反馈系统——调速器可以实时的控制发电机的输入机械功率，当电网
频率与额定频率不同时，调速器会自动的改变原动机阀门的开合度，从而改变原动机的输出机
械功率，从而实现发电机一次调频的功能。
而虚拟同步发电机通过控制有功—频率调节器，实时快速的模拟同步发电机调速器的调速
功能。当功率检测装置检测到有功功率出现偏差时，就通过调节器的调节，控制频率的变化，
从而实现功率的追踪。
2.2 无功—电压调节器
通过模拟传统电网中无功电压下垂关系以及发电机励磁调节器可调节虚拟同步发电机的输
出电压，从而实现在虚拟同步发电机输出电压幅值出现偏差时，通过对无功功率的分配调节，
使电压幅值达到我们想要的额定电压。因此基于虚拟同步发电机控制的逆变器可以实现维持对
逆变器电压的支撑，从而可进行离网的运行。
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而在无功—电压调节器的控制上比有功—频率调节器更容易因为线路阻抗或负荷的波动等
问题而影响自身的运行状况，从而使无功的分配出现偏差，不能准确的控制。因此针对这种问
题有文献提出了虚拟同步发电机参数自适应、或利用虚拟组抗的调节降低输出电压的跌落或通
过电压自恢复等改进措施来稳定虚拟同步发电机的自建电压，最终都取得了一定的效果，可以
获得有效的电压输出。
3 总结
由以上可得，在目前的社会经济及科学技术的快速发展下，虚拟同步发电机控制策略及其
相关的改进技术已经成为解决分布式系统的欠阻尼、低惯性问题的主要方法。在分布式电源
中，电力电子装置为主要组成设备，而虚拟同步发电机控制策略通过对电力电子装置的控制，
使得分布式系统可模拟传统同步发电机的外特性，从而增加了系统的可控性和鲁棒性，有利于
分布式电源的并离网切换。本文简单介绍了虚拟同步发电机的发展历程，并简要介绍了电流型
虚拟同步发电机的问题，从而在后来的发展中电压型虚拟同步发电机控制策略成为研究主流。
参考文献：
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[2]石荣亮，张兴，徐海珍，等.基于自适应模式切换的虚拟同步发电机功率控制策略[J].电
工技术学报.
[3]国家发展改革委，国家能源局，关于促进只能电网发展的指导意见[发改运行（2015）
1518号][EB/OL].20150706.
作者简介：张晓磊（1993），女，研究方向：电气工程。