虛擬同步機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)dongnan34

11HVDC輸電系統(tǒng)火力電廠500kV輸電變電站感應(yīng)電機(jī)/電磁攪拌DG接入儲(chǔ)能變流器可控串補(bǔ)固態(tài)變壓器配電系統(tǒng)0.4-10kVLED照明電動(dòng)汽車充電站戶用DG無(wú)功補(bǔ)償有源濾波配電線路電能質(zhì)量治理裝置直流配電感應(yīng)電負(fù)荷AC/DC以分布式電源逆變器，負(fù)荷整流器為代表的電力電子裝置大量接入電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小HVDC輸電系統(tǒng)火力電廠500kV輸電變電站感應(yīng)電機(jī)/電磁攪拌DG接入儲(chǔ)能變流器可控串補(bǔ)固態(tài)變壓器配電系統(tǒng)0.4-10kVLED照明電動(dòng)汽車充電站戶用DG無(wú)功補(bǔ)償有源濾波配電線路電能質(zhì)量治理裝置直流配電感應(yīng)電負(fù)荷AC/DC以分布式電源逆變器，負(fù)荷整流器為代表的電力電子裝置大量接入電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小電網(wǎng)中同步電機(jī)的“同步”機(jī)制為解決大量電力電子裝置并網(wǎng)提供了解決思路，電力電子裝置是小慣性、快速、高頻系統(tǒng)，接入大慣性、低速、工頻大電網(wǎng)系統(tǒng)存在適應(yīng)性難題，由于同步機(jī)仍占電網(wǎng)主導(dǎo)地位，目前常規(guī)的定功率、恒壓恒頻和下垂控制都是在向模擬同步機(jī)的頻率電壓調(diào)整特性方向發(fā)展，作為常規(guī)技術(shù)的革新技術(shù)——“虛擬同步機(jī)”（VSG）是將靜止電力電子裝置模擬為旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行的技術(shù)，可模擬同步機(jī)一次調(diào)頻、一次調(diào)壓以及慣性和阻尼特性，實(shí)現(xiàn)追蹤電網(wǎng)運(yùn)行，自動(dòng)分?jǐn)偣β?，阻尼電網(wǎng)電壓和頻率過(guò)快波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)有天然友、全網(wǎng)唯一頻率運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)“同步”θ=0a-axisiaaRotorFieldAxis+θuaLs,RsLg,RgiauaeaRs,LiubbMMebicucR,Lif fecfNubCufbibRs,LRs,LucMicb-axisc-axisc電網(wǎng)中同步電機(jī)的“同步”機(jī)制為解決大量電力電子裝置并網(wǎng)提供了解決思路，電力電子裝置是小慣性、快速、高頻系統(tǒng)，接入大慣性、低速、工頻大電網(wǎng)系統(tǒng)存在適應(yīng)性難題，由于同步機(jī)仍占電網(wǎng)主導(dǎo)地位，目前常規(guī)的定功率、恒壓恒頻和下垂控制都是在向模擬同步機(jī)的頻率電壓調(diào)整特性方向發(fā)展，作為常規(guī)技術(shù)的革新技術(shù)——“虛擬同步機(jī)”（VSG）是將靜止電力電子裝置模擬為旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行的技術(shù)，可模擬同步機(jī)一次調(diào)頻、一次調(diào)壓以及慣性和阻尼特性，實(shí)現(xiàn)追蹤電網(wǎng)運(yùn)行，自動(dòng)分?jǐn)偣β剩枘犭娋W(wǎng)電壓和頻率過(guò)快波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)有天然友、全網(wǎng)唯一頻率運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)“同步”θ=0a-axisiaaRotorFieldAxis+θuaLs,RsLg,RgiauaeaRs,LiubbMMebicucR,Lif fecfNubCufbibRs,LRs,LucMicb-axisc-axisc2007年2008年2012年2013年1997年2014年2005年1997年，IEEE工作組最先提出虛擬同步機(jī)的概念。隨后，比利時(shí)魯汶大學(xué)、多倫多大學(xué)、英國(guó)利物浦大學(xué)相繼開展了模擬同步發(fā)電機(jī)外特性、虛擬慣性頻率控制策略等研究。2012年，公司依托專項(xiàng)，開展虛擬同步機(jī)技術(shù)研究。2013年，中國(guó)電科院成功研制50kW虛擬同步機(jī)樣機(jī)。2014年，南瑞、許繼成功研制500kW虛擬同步機(jī)樣機(jī)。2016年，公司開始在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。南瑞 、許繼虛擬同步機(jī)樣機(jī)研制成功開展 專項(xiàng)同步發(fā)電式電源并網(wǎng)”研究大學(xué)工業(yè)大學(xué)技術(shù)方案2007年2008年2012年2013年1997年2014年2005年1997年，IEEE工作組最先提出虛擬同步機(jī)的概念。隨后，比利時(shí)魯汶大學(xué)、多倫多大學(xué)、英國(guó)利物浦大學(xué)相繼開展了模擬同步發(fā)電機(jī)外特性、虛擬慣性頻率控制策略等研究。2012年，公司依托專項(xiàng)，開展虛擬同步機(jī)技術(shù)研究。2013年，中國(guó)電科院成功研制50kW虛擬同步機(jī)樣機(jī)。2014年，南瑞、許繼成功研制500kW虛擬同步機(jī)樣機(jī)。2016年，公司開始在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。南瑞 、許繼虛擬同步機(jī)樣機(jī)研制成功開展 專項(xiàng)同步發(fā)電式電源并網(wǎng)”研究大學(xué)工業(yè)大學(xué)技術(shù)方案風(fēng)電系統(tǒng)中國(guó)電科院虛擬同步機(jī)樣機(jī)研制成功首次完全模擬態(tài)特性首次提出同步機(jī)外特性虛擬IEEETask工作組首次提出虛擬同步機(jī)概念2012.62015.12015.122015.122016.32016.42016.82016.32016.6擬同步機(jī)技術(shù)?？舅募径裙ぷ鲿?huì)首聯(lián)網(wǎng)，清潔能源要有常規(guī)能源自同步能力，電科院，南瑞，許繼響應(yīng)并做工作匯報(bào)技術(shù)導(dǎo)則》報(bào)批主，南瑞、許繼負(fù)責(zé)設(shè)備改造實(shí)網(wǎng)檢測(cè)和評(píng)估。風(fēng)電機(jī)擬同步機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)報(bào)批法報(bào)批年公司十大重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)擬同步機(jī)工作組電、電力系統(tǒng)研究所、新能源成立標(biāo)準(zhǔn)編制工作組公司第2次實(shí)施方案》會(huì)863計(jì)劃南瑞 鍵和制并在開展試點(diǎn)2012.62015.12015.122015.122016.32016.42016.82016.32016.6擬同步機(jī)技術(shù)?？舅募径裙ぷ鲿?huì)首聯(lián)網(wǎng)，清潔能源要有常規(guī)能源自同步能力，電科院，南瑞，許繼響應(yīng)并做工作匯報(bào)技術(shù)導(dǎo)則》報(bào)批主，南瑞、許繼負(fù)責(zé)設(shè)備改造實(shí)網(wǎng)檢測(cè)和評(píng)估。風(fēng)電機(jī)擬同步機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)報(bào)批法報(bào)批年公司十大重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)擬同步機(jī)工作組電、電力系統(tǒng)研究所、新能源成立標(biāo)準(zhǔn)編制工作組公司第2次實(shí)施方案》會(huì)863計(jì)劃南瑞 鍵和制并在開展試點(diǎn)鐘慶昌專2012年2014年2015年2013年2016年分布式虛擬同步機(jī)試驗(yàn)檢測(cè)平 千瓦虛擬同步機(jī)組201450kW 原型機(jī)雙向直流變換器和同步逆變器上位機(jī)協(xié)調(diào)控制器一次能源輸入模塊人機(jī)交互界面硬件優(yōu)化2012年2014年2015年2013年2016年分布式虛擬同步機(jī)試驗(yàn)檢測(cè)平 千瓦虛擬同步機(jī)組201450kW 原型機(jī)雙向直流變換器和同步逆變器上位機(jī)協(xié)調(diào)控制器一次能源輸入模塊人機(jī)交互界面硬件優(yōu)化虛擬同步機(jī)是一種基于先進(jìn)同步變流和儲(chǔ)能技術(shù)的電力電子裝置，可通過(guò)模擬同步電機(jī)的本體模型、有功調(diào)頻以及無(wú)功調(diào)壓等特性，使含有電力電子接口（逆變器、整流器）的電源和負(fù)荷，從運(yùn)行機(jī)制及外特性上與常規(guī)同步機(jī)相似，從而參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓和抑制振蕩虛擬同步機(jī)是一種基于先進(jìn)同步變流和儲(chǔ)能技術(shù)的電力電子裝置，可通過(guò)模擬同步電機(jī)的本體模型、有功調(diào)頻以及無(wú)功調(diào)壓等特性，使含有電力電子接口（逆變器、整流器）的電源和負(fù)荷，從運(yùn)行機(jī)制及外特性上與常規(guī)同步機(jī)相似，從而參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓和抑制振蕩。目前有光伏虛擬同步機(jī)、風(fēng)機(jī)虛擬同步機(jī)、儲(chǔ)能虛擬同步機(jī)以及負(fù)荷虛擬同步機(jī)等幾種HVDC中的應(yīng)用。模擬常規(guī)同步機(jī)虛擬同步機(jī)虛擬同步機(jī)拓?fù)?0θ=0a-axisiaaRotorFieldAxisdω+uθTDωTJa轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程MepdtRs,LMMRf,LfifNubddidtufR,LbibsvRiRiLe定子電勢(shì)方程sssRs,LdtucMicb-axisc-axisc考慮了定子電路的電壓和電流關(guān)系，但不能反映其磁鏈以及內(nèi)在的電磁特性。eMiθ=0a-axisiaaRotorFieldAxisdω+uθTDωTJa轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程MepdtRs,LMMRf,LfifNubddidtufR,LbibsvRiRiLe定子電勢(shì)方程sssRs,LdtucMicb-axisc-axisc考慮了定子電路的電壓和電流關(guān)系，但不能反映其磁鏈以及內(nèi)在的電磁特性。eMi定轉(zhuǎn)子關(guān)系方程ffLs,RsiaLg,RguaeaibubebJ的存在——功率和頻率的動(dòng)態(tài)過(guò)程中具有了慣性阻尼系數(shù)D的存在——具有阻尼系統(tǒng)功率振蕩的能力icucecC電磁部分機(jī)械部分常規(guī)控制VSG控制設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)精確數(shù)學(xué)模型，物理意義明確物理結(jié)構(gòu)無(wú)儲(chǔ)能理?xiàng)l件控制方法常規(guī)控制VSG控制設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)程設(shè)計(jì)精確數(shù)學(xué)模型，物理意義明確物理結(jié)構(gòu)無(wú)儲(chǔ)能理?xiàng)l件控制方法不存在耦合非線性控制，存在耦合慣量自適應(yīng)可調(diào)變量多J,K,DP,DQPQ控制udid_ref+idePrefd/PI__+eUud-udabcωLPCCiωLq_+_eq+q_refQPI/refiuqildud+_+Vf控制iufd_ref+ufdufq+ufq_refd_ref+edPIPI__+_+idiq+eabcωLωCf_ωLωCf__+_eq+PIPIi_q_ref+ilquq電壓電流雙環(huán)控制1PCZn和頻率恒定控制電流內(nèi)環(huán)采用電感電流控制dq-abcPQ控制udid_ref+idePrefd/PI__+eUud-udabcωLPCCiωLq_+_eq+q_refQPI/refiuqildud+_+Vf控制iufd_ref+ufdufq+ufq_refd_ref+edPIPI__+_+idiq+eabcωLωCf_ωLωCf__+_eq+PIPIi_q_ref+ilquq電壓電流雙環(huán)控制1PCZn和頻率恒定控制電流內(nèi)環(huán)采用電感電流控制dq-abc231Zns23dq-abcdq軸電流參考電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行PI控制，當(dāng)誤dq軸電流的無(wú)靜差控制，使逆變器輸出功率按照參考功率恒定輸出ω*有功環(huán)++ωnt+φn+–1suoabcPmsetnPnunabc–+U*+++UnnQnsetQn–Pn功率解算器Qn無(wú)功環(huán)有功環(huán)ωn+Dp–VSG控制PsetTset++1ωn1Jsω1sθ+–1ωnTeUPCCeamebmecmPe吳恒，阮新波，鐘慶昌，呂志鵬．虛擬同步發(fā)電機(jī)功率環(huán)的建模和參數(shù)設(shè)計(jì)[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2015,35(24),6508-6518QeQ – 2Eset++ +1mKsD – 2Uoq+無(wú)功環(huán) 2Un1Zns性特征/一次調(diào)壓慣性和阻尼特征具備實(shí)施功率精確分配前提三相調(diào)制波的計(jì)算公式1Znsinabc近似模擬同步發(fā)電機(jī)P-f下垂控制無(wú)功環(huán)實(shí)現(xiàn)Q-Uω*有功環(huán)++ωnt+φn+–1suoabcPmsetnPnunabc–+U*+++UnnQnsetQn–Pn功率解算器Qn無(wú)功環(huán)有功環(huán)ωn+Dp–VSG控制PsetTset++1ωn1Jsω1sθ+–1ωnTeUPCCeamebmecmPe吳恒，阮新波，鐘慶昌，呂志鵬．虛擬同步發(fā)電機(jī)功率環(huán)的建模和參數(shù)設(shè)計(jì)[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2015,35(24),6508-6518QeQ – 2Eset++ +1mKsD – 2Uoq+無(wú)功環(huán) 2Un1Zns性特征/一次調(diào)壓慣性和阻尼特征具備實(shí)施功率精確分配前提三相調(diào)制波的計(jì)算公式1Znsinabc近似模擬同步發(fā)電機(jī)P-f下垂控制無(wú)功環(huán)實(shí)現(xiàn)Q-U下垂控制逆和無(wú)功ω*有功環(huán)++ωnt+φn+–1suoabcPsetmn三相調(diào)制波的計(jì)算公式Pnunabc+–U*++Un+QnsetQnn–PnQn無(wú)功環(huán)有功環(huán)ωn+Dp1–VSG控制PsetTset++1ωnω1sθJs+–1ωnTeeamebmecmUPCCPe呂志鵬，蘇劍，李蕊，等．不同功率等級(jí)微源逆變器并聯(lián)控制新方法[J電工技術(shù)學(xué)報(bào)2013,28(7):191-198QeQset+ –++12EmKsD – 2Uoq+無(wú)功環(huán) 2Un1Zns性特征/一次調(diào)壓慣性和阻尼特征具備實(shí)施功率精確分配前提功率解算器ω*有功環(huán)++ωnt+φn+–1suoabcPsetmn三相調(diào)制波的計(jì)算公式Pnunabc+–U*++Un+QnsetQnn–PnQn無(wú)功環(huán)有功環(huán)ωn+Dp1–VSG控制PsetTset++1ωnω1sθJs+–1ωnTeeamebmecmUPCCPe呂志鵬，蘇劍，李蕊，等．不同功率等級(jí)微源逆變器并聯(lián)控制新方法[J電工技術(shù)學(xué)報(bào)2013,28(7):191-198QeQset+ –++12EmKsD – 2Uoq+無(wú)功環(huán) 2Un1Zns性特征/一次調(diào)壓慣性和阻尼特征具備實(shí)施功率精確分配前提功率解算器1Znsinabc僅能實(shí)現(xiàn)下垂控制不具備功率精確分配的前提同步逆變器DC濾波器Buck-Boost+DC一次能源-DCAC電網(wǎng)電壓電流雙向變換器DC儲(chǔ)能單元同步逆變器控制器DC儲(chǔ)能雙向直流控制器充放電控制VSG結(jié)構(gòu)同步逆變器+雙向直流變換器+儲(chǔ)能MPPT高效充電（MPPT）放電（虛擬慣性）測(cè)量、保護(hù)、 、通 入控制及管理、用戶服務(wù)等常規(guī)功能自動(dòng)同步（無(wú)縫切換）、追蹤電網(wǎng)/定功率輸出雙模運(yùn)行、阻抗檢測(cè)與重構(gòu)、輔助電能質(zhì)量治理、故障穿越控制同步逆變器DC濾波器Buck-Boost+DC一次能源-DCAC電網(wǎng)電壓電流雙向變換器DC儲(chǔ)能單元同步逆變器控制器DC儲(chǔ)能雙向直流控制器充放電控制VSG結(jié)構(gòu)同步逆變器+雙向直流變換器+儲(chǔ)能MPPT高效充電（MPPT）放電（虛擬慣性）測(cè)量、保護(hù)、 、通 入控制及管理、用戶服務(wù)等常規(guī)功能自動(dòng)同步（無(wú)縫切換）、追蹤電網(wǎng)/定功率輸出雙模運(yùn)行、阻抗檢測(cè)與重構(gòu)、輔助電能質(zhì)量治理、故障穿越控制電壓ACDC濾波器ACDC電流網(wǎng)側(cè)變流定子器控制電壓槳距角控制通信主控系統(tǒng)VSG結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)葉輪慣量主控系統(tǒng)升級(jí)在主控/變流器控制中引入虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)器控制電壓ACDC濾波器ACDC電流網(wǎng)側(cè)變流定子器控制電壓槳距角控制通信主控系統(tǒng)VSG結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)葉輪慣量主控系統(tǒng)升級(jí)在主控/變流器控制中引入虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)器控制調(diào)壓效果仿真波形調(diào)頻效果仿真波形1.11.11.250.21.051.055010.849.81149.60.60.950.9549.40.40.249.20.90.90490.850.851.922.12.22.32.41.41.51.61.7t1.81.9t虛擬同步機(jī)輸出功率=慣性響應(yīng)功率+一次調(diào)頻功率持電壓穩(wěn)定。調(diào)壓效果實(shí)驗(yàn)波形調(diào)頻效果實(shí)驗(yàn)波形i:[20A/div]iga:[20A/div]gavga:[200V/div]P:[5kW/div]vga:[200V/div]tsP:[5kW/div]Q:[5kVar/div]Time:[100ms/div]Q:[5kVar/div]Time:[100ms/div]ts說(shuō)明：電網(wǎng)電壓幅值上升5%，無(wú)功功率減少5kVar說(shuō)明：電網(wǎng)電壓頻率下降0.5Hz，有功功率增加5kW電壓(pu.)頻率(Hz)Po(pu.)無(wú)功(pu.)無(wú)功功率系統(tǒng)電壓虛擬同步機(jī)輸出功率一次調(diào)頻功率頻率慣性響應(yīng)功率調(diào)壓效果仿真波形調(diào)頻效果仿真波形1.11.11.250.21.051.055010.849.81149.60.60.950.9549.40.40.249.20.90.90490.850.851.922.12.22.32.41.41.51.61.7t1.81.9t虛擬同步機(jī)輸出功率=慣性響應(yīng)功率+一次調(diào)頻功率持電壓穩(wěn)定。調(diào)壓效果實(shí)驗(yàn)波形調(diào)頻效果實(shí)驗(yàn)波形i:[20A/div]iga:[20A/div]gavga:[200V/div]P:[5kW/div]vga:[200V/div]tsP:[5kW/div]Q:[5kVar/div]Time:[100ms/div]Q:[5kVar/div]Time:[100ms/div]ts說(shuō)明：電網(wǎng)電壓幅值上升5%，無(wú)功功率減少5kVar說(shuō)明：電網(wǎng)電壓頻率下降0.5Hz，有功功率增加5kW電壓(pu.)頻率(Hz)Po(pu.)無(wú)功(pu.)無(wú)功功率系統(tǒng)電壓虛擬同步機(jī)輸出功率一次調(diào)頻功率頻率慣性響應(yīng)功率100008000Dp2.5Dp5Dp10Dp15.25800060006000400040002000J0.2kgm2J0.5kgm2J100008000Dp2.5Dp5Dp10Dp15.25800060006000400040002000J0.2kgm2J0.5kgm2J1.0kgm22000000.00.51.0t/s(a)D81.52.00.00.51.0t/s(b)J0.5kgm21.52.0不同慣性和阻尼時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)J:決定動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中的振蕩頻率,J越大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)D:決定其振蕩衰減的速率，D越大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)振蕩幅值的衰度越快虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)可依據(jù)小信號(hào)模型設(shè)計(jì)，綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能，其選擇更加靈活，可獲得傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無(wú)法達(dá)到的更小或更大的取值范圍，使電網(wǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間尺度更加多樣。呂志鵬，盛萬(wàn)興，鐘慶昌，劉海濤，等．虛擬同步發(fā)電機(jī)及在微電網(wǎng)中的應(yīng)用[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2014,34(16):2591-2603Pref/WPref/W無(wú)功階躍0var2kvaruabc200V/divu 200V/divu 200V/divabcabciabc20A/diviabc20A/diviabc20A/div開機(jī)有功5kW0.5s/div0.5s/div0.5s/div(c)H=0.1s,D=10(a)無(wú)功階躍0var2kvaruabc200V/divu 200V/divu 200V/divabcabciabc20A/diviabc20A/diviabc20A/div開機(jī)有功5kW0.5s/div0.5s/div0.5s/div(c)H=0.1s,D=10(a)H=0.1s,D=2.5(b)H=0.1s,D=5uabc200V/divuabc200V/divuabc200V/diviabc20A/diviabc20A/diviabc20A/div0.5s/div0.5s/div0.5s/div(f)H=0.2s,D=5(d)H=0.05s,D=5(e)H=0.1s,D=5有功階躍5kW6kW儲(chǔ)能單元的能量和功率配置ξ>1ξ=10<ξ<12P1ePP能量P*m吸收能量P*(t)e trn12OOOttt(儲(chǔ)能單元的能量和功率配置ξ>1ξ=10<ξ<12P1ePP能量P*m吸收能量P*(t)e trn12OOOttt()12E P*E2P**msin(2)esin()mEnm12nnPP*PP*mP*mmVSG中儲(chǔ)能單元所需配置的最小功率應(yīng)為其所需應(yīng)對(duì)的功率擾動(dòng)的大小要求其持續(xù)出力時(shí)間決定了其儲(chǔ)能容量的配置，為滿足15分鐘的持續(xù)出力，按照一般放電深度估算，其儲(chǔ)能容量為50kWH，而當(dāng)滿足1分鐘的持續(xù)出力時(shí)，其VSG的儲(chǔ)能容量?jī)H為3kWH。曾正，邵偉華，冉立，呂志鵬．虛擬同步發(fā)電機(jī)的模型及儲(chǔ)能單元優(yōu)化配置[J電力系統(tǒng)自動(dòng)化2015,39(13):22-31P*mP*(t)e吸收能量P*mP*(t)e吸收能量為應(yīng)用清潔能源虛擬同步機(jī)技術(shù)，公司在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開展示范工程建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，調(diào)節(jié)能力達(dá)到547.5MW，是世界上規(guī)模最大的虛擬同步機(jī)示范工程。工程業(yè)主為冀北電力，計(jì)劃2017年年底建成。435.5MW，占基地風(fēng)電裝機(jī)容量的97.5%光伏逆變器，共12MW，占基地光伏總?cè)萘?2%100MW新能源裝機(jī)，按照10%慣性容量配比建設(shè)35kV母線2為應(yīng)用清潔能源虛擬同步機(jī)技術(shù)，公司在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開展示范工程建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，調(diào)節(jié)能力達(dá)到547.5MW，是世界上規(guī)模最大的虛擬同步機(jī)示范工程。工程業(yè)主為冀北電力，計(jì)劃2017年年底建成。435.5MW，占基地風(fēng)電裝機(jī)容量的97.5%光伏逆變器，共12MW，占基地光伏總?cè)萘?2%100MW新能源裝機(jī)，按照10%慣性容量配比建設(shè)35kV母線2臺(tái)大容量集中式虛擬同步機(jī)5MW虛擬同步 流器 5MW×0.33h電池中國(guó)電科院負(fù)責(zé)在電網(wǎng)分析軟件中開發(fā)虛擬同步發(fā)電機(jī)模型，研究采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的新能源廠（電）站運(yùn)行控制特性以及接入后對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響中國(guó)電科院配電所和新能源研究中心，先行完成《虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)導(dǎo)則》、《大功率風(fēng)電機(jī)組虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》、《電站型光伏組虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》的中國(guó)電科院新能源研究中心負(fù)責(zé)提出虛擬同步發(fā)電機(jī)測(cè)試方，完善測(cè)試環(huán)境，并開展虛擬同步發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作冀北公司作為工程業(yè)主，中國(guó)電科院負(fù)責(zé)在電網(wǎng)分析軟件中開發(fā)虛擬同步發(fā)電機(jī)模型，研究采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的新能源廠（電）站運(yùn)行控制特性以及接入后對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響中國(guó)電科院配電所和新能源研究中心，先行完成《虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)導(dǎo)則》、《大功率風(fēng)電機(jī)組虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》、《電站型光伏組虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》的中國(guó)電科院新能源研究中心負(fù)責(zé)提出虛擬同步發(fā)電機(jī)測(cè)試方，完善測(cè)試環(huán)境，并開展虛擬同步發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作冀北公司作為工程業(yè)主，南瑞、許繼負(fù)責(zé)關(guān)鍵技術(shù)研究、設(shè)備研發(fā)與集成技術(shù)研究，完成系統(tǒng)內(nèi)光伏虛擬同步機(jī)與風(fēng)電虛擬同步機(jī)改造以及5MW儲(chǔ)能虛擬同步機(jī)新建工程實(shí)施試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定系統(tǒng)θ=0a-axisiaRotorFieldAxis+θuR,LMMR,Li能源互聯(lián)風(fēng)光消納NuuR,LbiRθ=0a-axisiaRotorFieldAxis+θuR,LMMR,Li能源互聯(lián)風(fēng)光消納NuuR,LbiR,L小功率分布式并網(wǎng)裝置實(shí)際應(yīng)用大功率集中式并網(wǎng)裝置uMib-axisc-axisc理論研究開發(fā)uiL,ReueiueC虛擬同步機(jī)測(cè)試平臺(tái)虛擬同步機(jī)多模式運(yùn)行（PQ\無(wú)功補(bǔ)償\VSG）可選電能質(zhì)量輔助控制（電壓閉環(huán)）優(yōu)化的故障穿越與孤島控制性能擴(kuò)展阻抗重構(gòu)與阻抗檢測(cè)模塊MPPT\儲(chǔ)能\逆變器協(xié)調(diào)控制策略同步逆變器DC濾波器Buck-Boost+DC一次能源-網(wǎng)DC雙向變換器DCAC電網(wǎng)電壓電流儲(chǔ)能單元同步逆變器控制器DC網(wǎng)高效充電（MPPT）放電（虛擬慣性）儲(chǔ)能雙向直流控制器充放電控制測(cè)量、保護(hù)、 、通 入控制及管理、用戶服務(wù)等常規(guī)功能自動(dòng)同步（無(wú)縫切換）、追蹤電網(wǎng)/定功率輸出雙模運(yùn)行、阻抗檢測(cè)與重構(gòu)、輔助電能質(zhì)量治理、故障穿越控制多模式運(yùn)行（PQ\無(wú)功補(bǔ)償\VSG）可選電能質(zhì)量輔助控制（電壓閉環(huán)）優(yōu)化的故障穿越與孤島控制性能擴(kuò)展阻抗重構(gòu)與阻抗檢測(cè)模塊MPPT\儲(chǔ)能\逆變器協(xié)調(diào)控制策略同步逆變器DC濾波器Buck-Boost+DC一次能源-網(wǎng)DC雙向變換器DCAC電網(wǎng)電壓電流儲(chǔ)能單元同步逆變器控制器DC網(wǎng)高效充電（MPPT）放電（虛擬慣性）儲(chǔ)能雙向直流控制器充放電控制測(cè)量、保護(hù)、 、通 入控制及管理、用戶服務(wù)等常規(guī)功能自動(dòng)同步（無(wú)縫切換）、追蹤電網(wǎng)/定功率輸出雙模運(yùn)行、阻抗檢測(cè)與重構(gòu)、輔助電能質(zhì)量治理、故障穿越控制PPLLC即插即用要點(diǎn)RB-NCNABLCLRB-電流源型NPCLLCL分布式直流電壓濾波系統(tǒng)阻抗電源變換環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)升壓電網(wǎng)控制器Z源電網(wǎng)阻抗檢測(cè)非理想電網(wǎng)電壓同步與故障穿越有源法無(wú)源法并網(wǎng)虛擬阻抗ΔP無(wú)縫切換孤島高頻虛擬同步發(fā)電機(jī)化電能質(zhì)量治理曾正，趙榮祥，湯勝清，楊歡，呂志鵬．可再生能源分散接入用先進(jìn)并網(wǎng)逆變器研究綜述[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2013,33(24):1-12+Δf裝置接口即插即用通信即插即用自適應(yīng)電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)電網(wǎng)電壓追蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量友好多模式分布式變流系統(tǒng)“即插即用”裝置PPLLC即插即用要點(diǎn)RB-NCNABLCLRB-電流源型NPCLLCL分布式直流電壓濾波系統(tǒng)阻抗電源變換環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)升壓電網(wǎng)控制器Z源電網(wǎng)阻抗檢測(cè)非理想電網(wǎng)電壓同步與故障穿越有源法無(wú)源法并網(wǎng)虛擬阻抗ΔP無(wú)縫切換孤島高頻虛擬同步發(fā)電機(jī)化電能質(zhì)量治理曾正，趙榮祥，湯勝清，楊歡，呂志鵬．可再生能源分散接入用先進(jìn)并網(wǎng)逆變器研究綜述[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2013,33(24):1-12+Δf裝置接口即插即用通信即插即用自適應(yīng)電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)電網(wǎng)電壓追蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量友好多模式分布式變流系統(tǒng)“即插即用”裝置分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車網(wǎng)DC/AC太陽(yáng)能PVDC/DC電池＝G～＝～氣輪機(jī)儲(chǔ)能＝高頻DC/ACG~＝變壓器集中式接入裝備＝＝～DC/DCDC/DC網(wǎng)機(jī)側(cè)變流器段青，盛萬(wàn)興，王建華，季振東，呂志鵬.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的新型能源子網(wǎng)系統(tǒng)研究[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2016,36(2),387-398=適應(yīng)配電公司新增業(yè)務(wù)分布式電源/儲(chǔ)能/可控負(fù)荷接入子網(wǎng)能量聚合和優(yōu)化/能效管理分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車網(wǎng)DC/AC太陽(yáng)能PVDC/DC電池＝G～＝～氣輪機(jī)儲(chǔ)能＝高頻DC/ACG~＝變壓器集中式接入裝備＝＝～DC/DCDC/DC網(wǎng)機(jī)側(cè)變流器段青，盛萬(wàn)興，王建華，季振東，呂志鵬.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的新型能源子網(wǎng)系統(tǒng)研究[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2016,36(2),387-398=適應(yīng)配電公司新增業(yè)務(wù)分布式電源/儲(chǔ)能/可控負(fù)荷接入子網(wǎng)能量聚合和優(yōu)化/能效管理電網(wǎng)光伏風(fēng)機(jī)能量路由器儲(chǔ)能負(fù)荷IRaUU1U2濾波器變DCEAL~~~R虛擬直流電機(jī)直流母線電壓調(diào)節(jié)CΦTDBIrefCTe–…ωE++–U2–++Udc–TmU2refω0Cω0PU2refNIrefdPI–I1 直流…模塊組式逆變器電流跟蹤控制==盛萬(wàn)興劉海濤,曾正,呂志鵬等.一種基于虛擬電機(jī)控制的能量路由器[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015,35(14):3541-3550÷Ra÷PI1/H∫DC/DC變換器LC1I2I1R 電磁方程 iabcu – –abc +PReabc pUref+ ++ E δref電壓調(diào)節(jié) E0Udcref ω D ∫U – PIPref + ∫ + ÷ 12dc – +ω 電流跟蹤PR控制有功調(diào)節(jié)機(jī)械方程÷ω01/HkvRMS1/L∫sin(δ)sin(δ–2π/3)sin(δ+2π/3)具備虛擬慣量的能量路由器電網(wǎng)光伏風(fēng)機(jī)能量路由器儲(chǔ)能負(fù)荷IRaUU1U2濾波器變DCEAL~~~R虛擬直流電機(jī)直流母線電壓調(diào)節(jié)CΦTDBIrefCTe–…ωE++–U2–++Udc–TmU2refω0Cω0PU2refNIrefdPI–I1 直流…模塊組式逆變器電流跟蹤控制==盛萬(wàn)興劉海濤,曾正,呂志鵬等.一種基于虛擬電機(jī)控制的能量路由器[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015,35(14):3541-3550÷Ra÷PI1/H∫DC/DC變換器LC1I2I1R 電磁方程 iabcu – –abc +PReabc pUref+ ++ E δref電壓調(diào)節(jié) E0Udcref ω D ∫U – PIPref + ∫ + ÷ 12dc – +ω 電流跟蹤PR控制有功調(diào)節(jié)機(jī)械方程÷ω01/HkvRMS1/L∫sin(δ)sin(δ–2π/3)sin(δ+2π/3)具備虛擬慣量的能量路由器應(yīng)用虛擬電技術(shù)的電動(dòng)汽車充電樁Udc:[20V/div]AC/DC控制器虛擬同步電機(jī)控制PR控制i:[5A/div]無(wú)功調(diào)節(jié)abcQ電磁方程RiabcΔEQirefabc–+kQ電網(wǎng)refq–––+∫u+UabcELs0eabc+–AVRPRUrefΔEUDC/DC控制器Ep機(jī)械方程iω*UdcUdcabcU*PdcrefLΣ+D–PeTdUdcT0Time:[200ms/div]–+÷++++ωΔωfT–+0mf有功調(diào)節(jié)AC/DCDC/DC主要指標(biāo)iauaeLsaibeUdcCbicdcecLPCC電網(wǎng)AC/DCDC/DC呂志鵬梁英,曾正,劉海濤等.應(yīng)用虛擬同步電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車快充控制方法[J中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(25):4287-4294ubucugau