虚拟同步发电机功率分配优化控制关键技术研究

Virtual Synchronous Generator (VSG) is an important method to solve the stability issues of the power electronic based power grid. The power sharing among parallel-connected VSGs is an important scientific problem urgently to be solved..Firstly, the project will solve the dissimilitude issue of transient response characteristics at different steady-state operating points, and the transient overcurrent protection and transient power angle stability issue under low voltage fault condition, which can improve the transient response characteristics of VSG and lay the foundation for power sharing..Then, the project will focus on the defects in the traditional VSG control system and solve the power sharing problem due that the traditional VSG could not strictly meet primary frequency control and primary voltage control requirements.Furthermore, the physical mechanism of power sharing in transient process will be analyzed. Based on the decomposition of transient process, an optimized design for the system parameters is studied in order to improve the performance of power sharing in transient process..The project will validate the correctness of the proposed theory and methods through RTDS, VSG experimental platform and state grid VSG demonstration project at Zhangbei county respectively..The project will provide an effective solution to power sharing problem of VSG and enhance the stability and adaptability of large scale application of VSG. In further, it is expected to tackle the absorption issue of random power electronic based power supplies and loads of high penetration rate in power system.

虚拟同步发电机（VSG）是解决电力电子化电力系统稳定性问题的重要手段。VSG的功率分配问题是当前该领域亟需解决的科学问题。.本课题拟首先解决VSG不同稳态工作点下暂态响应特性不一致以及低电压故障下的过流保护与暂态功角稳定的问题，改善VSG自身的暂态响应特性，为功率分配奠定基础。.然后，聚焦传统VSG控制环路结构在功率分配控制中存在的缺陷，解决传统VSG不能够严格响应系统一次调频和调压要求而产生功率分配不均的问题。进而，针对VSG暂态功率分配的问题，重点厘清VSG在暂态过程中功率分配的物理机理，基于动态过程分解优化设计系统参数，提高暂态功率分配性能。.本课题将通过RTDS系统、实验室VSG硬件平台和国家张北VSG示范工程，验证所提理论和方法的正确性。.本课题将攻克VSG的功率分配难题，提高VSG大规模应用的稳定性和适应性，进而解决高渗透率随机性电力电子电源/负荷的消纳问题。

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)是未来新能源主导的电力系统中变流器的重要运行模式，而VSG的功率分配问题是该领的重要科学问题。本项目从单台VSG的自身控制结构优化入手，进一步推进到并联VSG的功率分配优化控制的研究。首先，分析了不同的内环结构对VSG的暂态特性的影响规律，指出了基于虚拟稳态同步导纳法的内环控制结构在电磁暂态特性上的优势。针对该控制结构，分别推导出了为防止暂态过程中的过流及失稳而限定的虚拟导纳的约束条件，并基于此提出了虚拟阻抗自适应调节的穿越策略，有效提高了大干扰下的VSG暂态特性。然后，揭示了传统无锁相环的阻尼环节影响VSG稳态有功功率分配的机理，并提出了基于带通阻尼功率反馈的优化方案，既在动态过程与传统方案实现了相同的阻尼效果，又不影响稳态有功功率分配。此外，提出了幅相控制型变流器的功率耦合统一建模方法，所建立的统一模型可以用于分析不同的幅相控制方案下的功率耦合特性。基于此方法，定量分析了VSG与下垂控制的功率耦合特性的异同以及参数影响规律，揭示了VSG控制会在系统固有频率附近引入谐振峰，放大功率环路之间的耦合效应。在此基础上，揭示了功率耦合特性影响并联VSG功率分配的机理，并提出了一种基于虚拟稳态同步阻抗与电流动态解耦补偿相结合的增强型功率解耦方法来优化并联VSG功率分配。这种解耦方法能够同时消除由高线路阻感比和非零功角两个因素所引起的功率耦合，实现动态的精确解耦，从而增强VSG系统的稳定性，消除输出功率的稳态误差，减轻功率振荡，提高功率的动静态响应性能。之后，通过对孤岛并联VSG在负载变化时的暂态过程进行建模分析，揭示了输出阻抗对电磁暂态过程的主导作用以及惯量、阻尼和阻抗共同影响机电暂态过程的规律，指出了并联VSG之间的参数一致性有利于抑制暂态振荡与冲击。据此，提出了优化并联VSG电磁暂态功率分配的虚拟阻抗设置方法以及优化机电暂态功率分配的相位前馈阻尼方案，为并联VSG功率均分提供了坚实的理论基础及有效的解决方案。