VSG技術應用典型分析

1、VSG技術應用典型分析摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，更多的專業(yè)技術也逐漸得到了更為深入的研究與更為廣泛的應用。VSG技術做為電力系統(tǒng)中的重要構成技術之一，其穩(wěn)定性分析也直接決定著其在應用過程中的技術價值。相較于西方發(fā)達國家而言，雖然我國對于VSG技術的研究時間較晚、研究基礎較差，但目前也基本實現(xiàn)了對于VSG技術的基礎性研究與應用?；诖?，本文將從VSG技術的穩(wěn)定性分析、VSG技術在電力系統(tǒng)中的應用分析這兩個方面的開展分析研究，得出更為系統(tǒng)性的研究基礎，以此促進我國VSG技術的更好應用及發(fā)展。關鍵詞：VSG技術；穩(wěn)定性分析；技術應用基于我國對于VSG技術的研究進度與研究基礎，本文在VSG技術的穩(wěn)

2、定性分析中以小信號穩(wěn)定性分析和暫態(tài)穩(wěn)定性分析做為研究對象，以此對VSG技術進行基礎性的闡述。最后在此基礎上，本文將從新能源、柔性直流輸電兩個方面分析VSG技術在我國的典型技術應用。一、VSG技術的穩(wěn)定性分析（一）小信號穩(wěn)定性分析小信號穩(wěn)定性通常是指系統(tǒng)同步性在小干擾情況下的同步維系能力，而系統(tǒng)的同步性維系能力往往也取決于系統(tǒng)中的原件聯(lián)系性與配置控制特殊性等因素，從現(xiàn)階段的VSG技術穩(wěn)定性分析研究成果來看，VSG技術中的小信號穩(wěn)定性影響因素中，包含系統(tǒng)初始狀態(tài)、運行狀態(tài)等方面【1】。雖然我國對大電網(wǎng)中的小信號穩(wěn)定性分析研究，正在逐漸趨向穩(wěn)定，但是對于VSG技術的相關研究理論卻依舊有待提升。與傳統(tǒng)

3、的電力系統(tǒng)有所不同，VSG技術中的小信號穩(wěn)定問題差異性與技術難點也是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)研究中從未涉及到的技術研究內容。從兩方面來看：一方面，VSG技術屬于一種電力系統(tǒng)中的電子接口，因此其電子接口的控制參數(shù)繁雜多變【2】，面對這樣的情況就需要相關的VSG技術分析人員通過定量分析的方法，對VSG的運行域值參數(shù)進行穩(wěn)定關系的分析,以此為后續(xù)控制器的優(yōu)化設計環(huán)節(jié)提供指導性數(shù)據(jù)；另一方面，當前我國的VSG技術與小信號穩(wěn)定性的系統(tǒng)影響規(guī)律仍在梳理，很多重要的靈敏度變量狀態(tài)也需要進行更深入的研究與分析。為更好的分析出VSG技術系統(tǒng)穩(wěn)定性與運行域值參數(shù)之間的關系。我國學者也通過構建VSG逆變器、VSG控制器、VSG

4、濾波器、VSG復合模型等方式，逐漸延伸出了VSG系統(tǒng)運行過程中的小信號高階穩(wěn)定模型【3】。通過VSG系統(tǒng)運行過程中的小信號高階穩(wěn)定模型，對參與因子與根軌跡進行了功率參考值、下垂系數(shù)值、電壓控制增益、電流控制增益等多種狀態(tài)的變量參與分析，并通過根軌跡方法分析了負荷功率變化、有功-頻率調節(jié)系數(shù)以及無功一電壓調節(jié)系數(shù)等參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。若是從VSG的運行域值參數(shù)角度進行分析，VSG的運行域值參數(shù)定量分析與并網(wǎng)功率跟蹤之間則存在一定程度上的影響。但是由于電感參數(shù)與電阻參數(shù)在VSG實際運行過程中并未出現(xiàn)合理范圍之外的數(shù)值幅度變化，因此其影響在現(xiàn)階段的研究中只能歸為較小的影響范疇。除此之外，VSG

5、的慣性轉動數(shù)值也決定了VSG自身的振蕩頻率，從而產(chǎn)生動態(tài)響應變化。從國內現(xiàn)階段的研究進展來看，VSG參數(shù)的優(yōu)化及設計問題，可以通過并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性作為具體的約束條件，以此從工作頻率、功率、電壓等級、開關頻率等方面，結合小信號高階模型對系統(tǒng)的運行域值參數(shù)進行穩(wěn)定性需求分析，最后對分析所得的VSG控制參數(shù)進行統(tǒng)一設計與反復優(yōu)化，以此證明VSG控制參數(shù)與調頻系數(shù)的科學合理性【4】。在參數(shù)的選擇范圍方面，若需要對其系統(tǒng)動態(tài)特性進行深入優(yōu)化，則可以通過擴大數(shù)值取值范疇等方式，逐漸提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯棒性。出于綜合性權衡，在對VSG小信號穩(wěn)定性進行改善優(yōu)化的過程中，還可以針對VSG控制的特有算

6、法對相關的運行域值參數(shù)進行系統(tǒng)性的動態(tài)響應穩(wěn)定影響分析，從而得出VSG的慣性時間數(shù)值、阻尼系數(shù)、下垂系數(shù)的影響變化，從而在系統(tǒng)動向、系統(tǒng)調量、穩(wěn)定時長等數(shù)值進行持續(xù)性的設計與優(yōu)【5】化。（二）暫態(tài)穩(wěn)定性分析暫態(tài)穩(wěn)定性分析在VSG技術中與小信號穩(wěn)定性分析的不同之處在于，暫態(tài)穩(wěn)定性分析一般情況下都是以線性處理為主，暫態(tài)穩(wěn)定性在電力系統(tǒng)中通常是指電力系統(tǒng)在嚴重干擾情況下的同步維系能力，其同步維系能力與轉子功角關系具有非常密切的聯(lián)系。在傳統(tǒng)的同步發(fā)電機之中，轉子具有相對穩(wěn)定的慣性，通常都不能夠瞬間從初始狀態(tài)轉換到新的變化平衡數(shù)值之上。因此，當轉子加速面積超過減速面積時，整個電力系統(tǒng)便會出現(xiàn)暫態(tài)失衡的狀

7、態(tài)。但是相較之下的VSG技術則能夠通過其自身強大的可控制性，將電網(wǎng)參數(shù)從嚴重干擾的變化狀態(tài)轉到新的平衡狀態(tài)之中。雖然我國在VSG暫態(tài)穩(wěn)定分析這一方面的研究并沒有集中性的技術研究，但是通過現(xiàn)階段的Lyapunov函數(shù)算法以及面積等量分析法，則能夠推算出VSG虛擬慣性定量對整個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性影響。利用Lyapunov函數(shù)算法和bang-bang控制方法，則能夠改變VSG的慣性參數(shù)，從而提升系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。而利用等量面積分析法則能夠分析出整個系統(tǒng)在運行過程中的動能變化與勢能變化，以此整理出VSG控制參數(shù)與加速面積、減速面積之間的參數(shù)區(qū)域關系。這樣的驗證過程也是Negativemomentofin

8、ertia.NMIVSG概念中的關鍵性技術理論實證基礎。通過慣性定量轉動變化控制技術，則可以增強整個電力系統(tǒng)中的暫態(tài)穩(wěn)定性，以此檢驗實證的最終結果?；谏鲜黾夹g研究成果，我國的國內學者還在此基礎上提出了VSG運行過程中的VirtualRotorInertialQuantitativeSelf-adaptation控制算法，這一控制算法確定了系統(tǒng)中的慣性定量系數(shù)選擇原則與暫態(tài)響應超調要求與阻尼標準，從而更好的對慣性定量系數(shù)進行靈活性的選取【6】。二、VSG技術在電力系統(tǒng)中的應用分析（一）并網(wǎng)新能源基于我國近年來所提出的“新能源發(fā)展策略”，新能言發(fā)電系統(tǒng)的技術研究與技術實踐也逐漸走向成熟階段。將V

9、SG技術與并網(wǎng)新能源相互結合，雖然我國在這一方面的實踐比國外發(fā)達國家晚很多，但是在持續(xù)性的研究過程中也已經(jīng)對VSG技術與并網(wǎng)新能源相互結合，有了基礎性的了解。通常情況下，整流器與逆變器是新能源發(fā)電中最主要的變流器構成部分。而將VSG技術引入到變流器的控制策略中，不僅實現(xiàn)了VSG技術的新應用，同時也為新能源中的并網(wǎng)控制帶來了更多的可能性。雙饋感應電機與直驅同步電機是我國風力發(fā)電系統(tǒng)中的主要發(fā)電機種類，其電能轉換系統(tǒng)中的變流器結構通常都是左右相鄰的，在機側整流器進行極限功率跟蹤的過程中，網(wǎng)側逆變器則通過母線直流控制進行合理電壓輸送。通過VSG技術，并網(wǎng)新能源系統(tǒng)中的變流器則可以通過VSG技術的特殊

10、優(yōu)勢，對系統(tǒng)與阻尼中缺失的慣性定量數(shù)值進行虛擬性的定量數(shù)值補償，從而提升整個電力形同的運行穩(wěn)定性，以此實現(xiàn)和諧并網(wǎng)。（二）柔性直流輸電（VSC-HVDC）VSC-HVDC能夠通過電壓環(huán)流全控器實現(xiàn)對輸出電壓的相角控制與賦值控制，進而對交流側無功及有功功率進行控制。雖然傳統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)中，也可以通過矢量控制實現(xiàn)無功及有功功率交流解耦，但是其系統(tǒng)弊端則在于無法實現(xiàn)電網(wǎng)中動態(tài)阻尼效應的慣性支撐。因此將VSG技術運用到VSC-HVDC系統(tǒng)中，則可以有效的將整流側與逆變側進行區(qū)分，從而在VSC-HVDC系統(tǒng)中形成同步發(fā)電機與同步電動機，以此實現(xiàn)VSC-HVDC系統(tǒng)中的同步特性。這樣的VSC-HVDC系

11、統(tǒng)不僅擁有更良好的暫態(tài)穩(wěn)定性，同時也能夠體現(xiàn)出系統(tǒng)中的動態(tài)調頻特性，從而更為有效的防止頻率突變，在最大程度上改善系統(tǒng)對于直流電壓的協(xié)同能力與控制能力。三、結論綜上所述，VSG技術與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比其穩(wěn)定性控制優(yōu)勢明顯更強。因此，在未來的研究過程中則需要重視到VSG技術在穩(wěn)定性方面的運行特性與運行規(guī)律，以此實現(xiàn)其更多的技術應用價值。并在此基礎之上，逐漸通過技術研究將其嘗試應用到更多的科研以及社會領域之中，最終實現(xiàn)我國在VSG技術方面的更好發(fā)展，以科技發(fā)展促進國家經(jīng)濟增效。參考文獻：1 王含瑜.基于虛擬同步發(fā)電機技術的岸電并網(wǎng)控制J.機電設備，2020,37(05)：73-77.2 徐浩祥，賈燕冰，任春光，張佰富，馬榮榮.基于虛擬同步機的電動汽車雙向變流器功率控制J/OL.電測與儀表：1-82020-10-29.3 鄧爭，劉國榮，張真源，劉科正基于虛擬同步機的雙饋風電機組自適應控制J.電網(wǎng)與清潔能源，2020，36(08)：73-81.張怡，張