李 娟，金 煥，任于涵

(1.湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 株洲 412007； 2.國網(wǎng)淮南市潘集區(qū)供電公司，安徽 淮南 232082)

0 引言

隨著可再生能源的快速發(fā)展，分布式發(fā)電及微電網(wǎng)技術(shù)受到了廣泛關(guān)注[1-5]。同傳統(tǒng)大電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)運(yùn)行控制靈活，既可與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，也可孤島運(yùn)行，可最大限度地利用清潔能源，提高供電可靠性和供電質(zhì)量[6-9]。清潔能源以微電網(wǎng)形式進(jìn)行利用被認(rèn)為是未來新能源利用最有效的方式之一。

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)中分布式電源一般由逆變器或少數(shù)小容量發(fā)電機(jī)構(gòu)成，由于大轉(zhuǎn)子慣量的缺失，微電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到了威脅。文獻(xiàn)[10-13]借鑒同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性，將發(fā)電機(jī)慣量、調(diào)頻及調(diào)壓特性引入逆變器功率環(huán)控制中，使逆變器具有了與發(fā)電機(jī)相似的特性，這種控制技術(shù)被稱為“虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)(virtual synchronous generator，VSG)”，采用VSG控制技術(shù)將大大提高微電網(wǎng)運(yùn)行性能。其中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為VSG控制的核心，將直接影響到VSG的運(yùn)行性能。文獻(xiàn)[14-16]在VSG控制的基礎(chǔ)上研究了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及阻尼系數(shù)對系統(tǒng)運(yùn)行的影響，并給出控制參數(shù)的選擇，但并未分析微電網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下的情況。文獻(xiàn)[17]分析了微電網(wǎng)多機(jī)并聯(lián)時(shí)功率震蕩的問題，并指出通過對轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)的合理設(shè)置可起到抑制功率震蕩的作用；但文中VSG轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取值為固定值，并不能滿足微電網(wǎng)不同模式下的性能要求。文獻(xiàn)[18-19]在傳統(tǒng)VSG基礎(chǔ)上提出一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制方法，但文中逆變器為電流控制，并不適用于微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行。文獻(xiàn)[20]提出一種基于模式切換的自適應(yīng)控制方法，以提高微電網(wǎng)運(yùn)行性能；但文中VSG在微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式下需要切換控制方式，并沒有充分利用VSG控制的優(yōu)勢。文獻(xiàn)[21]類比發(fā)電機(jī)的功角特性，提出一種兼顧微電網(wǎng)并網(wǎng)及孤島運(yùn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制，但文中并未詳細(xì)給出相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[22]提出一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可調(diào)的VSG控制策略，但文中僅對系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，且最優(yōu)模型求解較為困難。文獻(xiàn)[23]在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)上，提出一種兼顧功率及頻率動(dòng)態(tài)性能的改進(jìn)VSG控制，但文中并未對微電網(wǎng)模式切換過程VSG慣量特性進(jìn)行研究。

本文在上述文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，對微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式下的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及阻尼進(jìn)行分析研究，提出一種適用于微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式切換的VSG控制，Matlab/Similink仿真表明，本文所改進(jìn)的VSG控制策略能滿足微電網(wǎng)不同模式運(yùn)行。

1 虛擬同步發(fā)電機(jī)原理

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制框圖Fig.1 Microgrid structure and control block diagram

圖1為由包含兩臺VSG控制的逆變器構(gòu)成的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖和控制框圖。其中：Udc為逆變器直流側(cè)母線電壓，Ls為VSG等效定子電抗，Cf為濾波電容，Zline為輸電傳輸線電抗。控制框圖中：S表示切換開關(guān)，通過不同組合可實(shí)現(xiàn)逆變器控制模式的不同轉(zhuǎn)換;Tm、Te、J、Di(i=P、Q)、ω、θ、Mf、if分別表示機(jī)械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、有功/無功下垂系數(shù)、轉(zhuǎn)子角速度、轉(zhuǎn)子角度、勵(lì)磁繞組和磁場繞組間的最大互感、勵(lì)磁電流;Pref、P分別為給定有功和VSG輸出有功功率；Qref、Q分別為給定無功和VSG輸出無功功率。VSG具體數(shù)學(xué)方程式為

式中〈i，A〉及〈i,B〉表示內(nèi)積,且有

1.1 VSG頻率控制

VSG的頻率控制通過轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程來實(shí)現(xiàn)，其中將阻尼系數(shù)作為調(diào)差系數(shù)，并以濾波電感等效為定子電抗，控制結(jié)構(gòu)簡單。根據(jù)式(1)可得

式中m、τ分別為有功頻率系數(shù)和慣性時(shí)間常數(shù)。

VSG頻率控制是通過轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程來實(shí)現(xiàn)的，并通過阻尼系數(shù)即可模擬發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻過程，實(shí)現(xiàn)多VSG并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的功率均分。

1.2 VSG電壓控制

與一次調(diào)頻過程相似，VSG的電壓調(diào)整可通過無功電壓下垂特性來實(shí)現(xiàn)，其表達(dá)式為

Q=Qref+DQ(un-u)

(7)

式中un、u分別為給定電壓和輸出電壓。

VSG控制原理實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于在下垂控制的基礎(chǔ)上，在有功控制中增加轉(zhuǎn)子慣量，模擬發(fā)電機(jī)慣量提高微電網(wǎng)運(yùn)行性能。

2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制

2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG輸出特性的影響

根據(jù)前文分析可知，VSG控制具有下垂控制特性，且阻尼系數(shù)相當(dāng)于一次調(diào)頻系數(shù)，所以在下垂系數(shù)一定的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J將直接影響VSG輸出性能。

由VSG控制方程及系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)框圖，借鑒電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)小信號分析法，圖2為VSG小信號穩(wěn)定分析模型。通過小信號分析模型，不難得到有功功率輸入、輸出特性的傳遞函數(shù)：

(8)

式中Sei為微電網(wǎng)中其中一臺VSG同步功率的有名值：

(9)

式中us、δs為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的平衡點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定的情況下，其值為常數(shù)。

圖2 VSG小信號模型Fig.2 Small signal model of VSG

為簡化分析，忽略線路損耗，根據(jù)式(8)的2階模型可求得系統(tǒng)無阻尼自然震蕩角頻率ωn和阻尼比ζ分別為

(10)

阻尼比較小時(shí)，G(s)為一個(gè)欠阻尼系統(tǒng)；0<ζ<1時(shí)，系統(tǒng)在±2%的允許誤差內(nèi)對應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間ts和超調(diào)量σ分別為

(11)

根據(jù)式(10)、(11)可知，當(dāng)調(diào)差系數(shù)DP一定時(shí)，J越大，ζ越小，σ越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長。

為分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對系統(tǒng)的影響，給出不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下VSG輸出功率響應(yīng)曲線，如圖3所示。從圖中可看出，VSG輸出特性與J有直接的聯(lián)系，J越大，功率震蕩越劇烈，功率曲線惡化，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行困難。

圖3 不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下有功動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig.3 Active dynamic response under different J

根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)定義，在式(8)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步可得到

(12)

式中τf為頻率響應(yīng)時(shí)間常數(shù)，本文取值為0.02 s。根據(jù)式(12)可得到不同阻尼系數(shù)下VSG有功動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖4所示。

圖4 不同阻尼系數(shù)下有功動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig.4 Active dynamic response under different D

對比圖3、4可發(fā)現(xiàn)，VSG控制參數(shù)J和D都會對VSG輸出特性造成影響，但與阻尼系數(shù)相比，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響更大一些。并且由于阻尼D充當(dāng)了一次調(diào)頻作用，在滿足系統(tǒng)頻率不越限的情況下，阻尼D一般為常數(shù)。所以本文主要研究J對VSG輸出特性的影響。

2.2 VSG轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)原理

由2.1節(jié)分析可知，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J直接關(guān)乎到VSG的輸出性能，且通過對圖3的分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩的可能性就越小，但較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能為微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)提供有效的慣量功率支撐。傳統(tǒng)VSG控制中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J為恒定值，難以滿足微電網(wǎng)不同模式下的動(dòng)態(tài)性能要求，存在局限性。

本文在參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，提出一種適用于微電網(wǎng)不同模式切換的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制(adaptive control of inertia，ACI)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。針對微電網(wǎng)不同的運(yùn)行模式，將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J設(shè)置為不同值，通過切換開關(guān)來改變VSG慣量基值。同時(shí)將微電網(wǎng)頻率變化量引入到J的調(diào)節(jié)過程中，使VSG在運(yùn)行過程中能兼顧頻率變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整J，可有效改善系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。

圖5 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)控制Fig.5 Moment of inertia adaptive control

在頻率調(diào)整過程中，原固定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將變?yōu)殛P(guān)于頻率變化的函數(shù)，能根據(jù)微網(wǎng)運(yùn)行模式及系統(tǒng)頻率變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整J，提高VSG動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

2.3 參數(shù)整定

2.3.1 VSG并網(wǎng)條件下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)

圖6 單VSG無窮大系統(tǒng)Fig.6 Single VSG infinity system

當(dāng)VSG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，VSG不需要較大慣量，以避免系統(tǒng)出現(xiàn)功率震蕩。為簡化分析，借鑒電力系統(tǒng)單機(jī)無窮大系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析方法，建立系統(tǒng)小擾動(dòng)下的小信號模型，圖6為VSG單機(jī)無窮大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

為簡化分析，忽略線路上的損耗，VSG輸出功率為

(13)

并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，有功無功均采用定功率模式將式(1)、(4)及(13)分別進(jìn)行小信號線性化，可得小信號模型為

(14)

式中kpE、kpδ、kqE、kqδ分別為

(15)

綜合式(14)、(15)，可得到

(16)

考慮Δω=sΔδ和式(16)，可得到

將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值帶入式(17)、(18)中，整理可得單VSG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的小信號穩(wěn)定分析結(jié)果，如圖7所示。

圖7 單VSG并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性分析Fig.7 Stability analysis of single VSG grid-connected operation

分析圖7可知，在不考慮阻尼DP變化時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性隨J的變化而變化。圖7中隨著J的增大，極點(diǎn)s1向虛軸方向靠近，且系統(tǒng)將從近似2階系統(tǒng)演變?yōu)?階系統(tǒng)，導(dǎo)致超調(diào)增大逐漸失穩(wěn)。當(dāng)J=0.020 3 kg·m2時(shí)，s1距離虛軸越遠(yuǎn)，此時(shí)系統(tǒng)最穩(wěn)定。因此考慮到VSG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，不需要為電網(wǎng)提供較大慣量，所以J的取值應(yīng)當(dāng)越小越好。

2.3.2 VSG孤島條件下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)

當(dāng)VSG孤島運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)系統(tǒng)沒有了大電網(wǎng)的支撐，系統(tǒng)慣量降低，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)較大負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅，所以VSG需要相對較大慣量以避免系統(tǒng)失穩(wěn)。借鑒電力系統(tǒng)雙機(jī)并聯(lián)穩(wěn)定性分析方法，研究兩臺VSG并聯(lián)孤島運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。圖8為雙VSG并聯(lián)微電網(wǎng)系統(tǒng)，圖中：U∠0為微電網(wǎng)交流母線電壓；δi(i=1,2)分別為各臺VSG輸出電壓相角；Ei∠δi(i=1,2)分別為VSG輸出電壓；ZL為微電網(wǎng)系統(tǒng)所帶負(fù)載；Zi∑(i=1,2)分別為各VSG輸出的等值阻抗。

圖8 雙VSG并聯(lián)系統(tǒng)Fig.8 Parallel system of two VSGs

為分析微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下的穩(wěn)定性，對系統(tǒng)在穩(wěn)定工作點(diǎn)(ωs、Ps、δs)的VSG轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行線性化分析可得

(19)

式中Δωi、Δδi及ΔPei分別為VSG角頻率、功角及功率變化量。

則根據(jù)功率傳輸可知有功增量為

ΔPei=SEiΔδ12

(20)

式中SEi和δ12分別為并聯(lián)系統(tǒng)的同步功率和相對相角差。

為簡化分析，考慮兩臺VSG具有相同的參數(shù)，即Ji=J，DPi=DP。結(jié)合文獻(xiàn)[24]及前文分析，可得到兩臺VSG并聯(lián)運(yùn)行時(shí)小信號特征方程：

s3+As2+Bs+C=0

(21)

式中：

(22)

由于兩臺VSG容量相同，為便于計(jì)算，假設(shè)負(fù)載為純阻性，逆變器輸出阻抗為感性Ls，計(jì)算可得到

(23)

整理式(21)—(23)可得到圖9所示的兩臺VSG并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)小信號穩(wěn)定性分析結(jié)果。

圖9 雙VSG并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性分析Fig.9 Stability analysis of dual VSG parallel network operation

分析圖9可知，與VSG并網(wǎng)運(yùn)行情況不同，J對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響較緩，隨著J的增大，極點(diǎn)s1的移動(dòng)比較均勻；但當(dāng)J進(jìn)一步增大時(shí)，所有極點(diǎn)仍會向虛軸靠攏，VSG并聯(lián)系統(tǒng)將也會從一個(gè)近似2階系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為3階系統(tǒng)，并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性將會受到很大威脅。

根據(jù)2.3節(jié)分析可知，無論并網(wǎng)運(yùn)行還是孤島運(yùn)行，系統(tǒng)極點(diǎn)均在左半平面，所以系統(tǒng)總是可穩(wěn)定下來的。但如果調(diào)整時(shí)間過程過長可能引發(fā)保護(hù)裝置動(dòng)作，影響正常運(yùn)行，所以仍要考慮系統(tǒng)參數(shù)的合理設(shè)置：當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)選取較小值的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，孤島組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為提供更多慣量而選擇較大J，一方面延緩由于負(fù)載擾動(dòng)引起的頻率波動(dòng)，另一方面為系統(tǒng)一次調(diào)頻贏取足夠的時(shí)間。

3 仿真分析

為驗(yàn)證所提控制策略的有效性，本文通過在Matlab/Simulink搭建圖6、8所示的低壓微電網(wǎng)仿真模型，分別對微電網(wǎng)孤島和并網(wǎng)運(yùn)行的情況進(jìn)行仿真對比驗(yàn)證。仿真中主要參數(shù)如表1所示。

表1 VSG仿真參數(shù)Table 1 Simulation parameters of VSG

3.1 并網(wǎng)模式下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG特性的影響

分析不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG并網(wǎng)輸出特性的影響：VSG在1 s時(shí)經(jīng)自同步并入電網(wǎng)，并以給定有功8 kW運(yùn)行，圖10為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同條件下VSG輸出的有功功率曲線。

圖10 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG并網(wǎng)時(shí)輸出有功功率影響Fig.10 Influence of moment of inertia on output active power when VSG is connected to grid

從圖10中可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)J較小時(shí)VSG輸出響應(yīng)波動(dòng)較小，當(dāng)J=0.203 kg·m2時(shí)，輸出功率震蕩，經(jīng)2 s后穩(wěn)定，但震蕩時(shí)系統(tǒng)超調(diào)很大，不利于系統(tǒng)運(yùn)行。

實(shí)際上J=0.002 03 kg·m2和J=0.020 3 kg·m2時(shí)，VSG功率響應(yīng)曲線差別不大，這是因?yàn)楫?dāng)J足夠小時(shí)，VSG控制將轉(zhuǎn)化為近似下垂控制，此時(shí)J對系統(tǒng)的影響將大大減小，這與前文分析結(jié)果一致。在并網(wǎng)模式下，大電網(wǎng)可提供足夠的慣量，VSG則不需要設(shè)置較大的慣量值。

3.2 孤島模式下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG特性的影響

分析不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG組網(wǎng)時(shí)輸出特性的影響：起始由VSG1單獨(dú)帶負(fù)載運(yùn)行，VSG2空載運(yùn)行，2 s時(shí)，VSG2通過自同步過程并入VSG1進(jìn)行并聯(lián)組網(wǎng)運(yùn)行，4 s投入5 kW負(fù)荷，7 s時(shí)負(fù)荷切除，9 s時(shí)結(jié)束仿真。

仿真過程中，保持VSG2所有參數(shù)恒定，而J1選擇不同的值。圖11分別為VSG1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.020 3、0.203 kg·m2及J2為0.203 kg·m2時(shí)VSG1與VSG2輸出有功功率和頻率的變化曲線。

圖11 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對VSG并聯(lián)組網(wǎng)時(shí)輸出特性的影響Fig.11 Influence of moment of inertia on output characteristics of VSG parallel networking

從圖11中可看出，VSG組網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，隨著J的增大，系統(tǒng)輸出功率依然會出現(xiàn)震蕩，但相對于并網(wǎng)運(yùn)行J的取值可更大些，這與前文分析基本一致。一方面，微電網(wǎng)自身慣量較小，增大J可提高系統(tǒng)負(fù)荷擾動(dòng)；另一方面，較大的J值可提高微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，在VSG組網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)需要設(shè)置合理的慣量，以提高微電網(wǎng)運(yùn)行性能。

3.3 模式切換過程中VSG輸出特性

與大電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)作為新能源利用的有效方式，具有較強(qiáng)的靈活性，既可工作在并網(wǎng)模式也可孤島離網(wǎng)運(yùn)行。從前文分析可知，不同運(yùn)行情況下微電網(wǎng)所需要的慣量不同，若采用恒定慣量控制則不能同時(shí)兼顧并網(wǎng)和孤島運(yùn)行。

為驗(yàn)證上述分析，設(shè)置仿真工況，VSG在1 s時(shí)并入電網(wǎng)，4 s時(shí)切除孤島運(yùn)行，圖12、13為恒定慣量控制下VSG在模式切換過程中不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)輸出頻率和功率的對比曲線。

圖12 模式切換過程中VSG輸出頻率曲線Fig.12 VSG output frequency curve during mode switching

圖13 模式切換過程中VSG輸出功率曲線Fig.13 VSG output power curve during mode switching

從圖12、13對比中可看出：微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)較小的J可滿足并網(wǎng)運(yùn)行，避免功率震蕩；但孤島帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷的波動(dòng)會造成微電網(wǎng)頻率和功率變化過快，對電網(wǎng)造成沖擊。同理，較大的J能滿足微電網(wǎng)孤島運(yùn)行，但并網(wǎng)時(shí)容易使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合微電網(wǎng)不同模式運(yùn)行特點(diǎn)，將VSG慣量特性設(shè)計(jì)成可根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式變化而變化的量，則可有效解決恒慣量控制難以適應(yīng)微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式的問題。圖14為自適應(yīng)慣量控制下VSG輸出頻率及功率曲線。

圖14 自適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下VSG輸出特性曲線Fig.14 VSG output characteristic curve under adaptive moment of inertia

從圖14中可看出，通過在微電網(wǎng)模式切換過程中設(shè)置不同的慣量值可兼顧微電網(wǎng)不同模式下的運(yùn)行性能，在并網(wǎng)時(shí)減小震蕩風(fēng)險(xiǎn)，孤島運(yùn)行時(shí)當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)能延緩系統(tǒng)頻率突變，提高穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文在虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的基礎(chǔ)之上，對微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式下所需的慣量特性進(jìn)行分析，主要工作和結(jié)論如下：

1) 分別建立VSG控制下微電網(wǎng)并網(wǎng)及孤島運(yùn)行小信號模型，并對轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)條件下微電網(wǎng)小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可避免系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩的風(fēng)險(xiǎn)，而孤島運(yùn)行時(shí)較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能延緩系統(tǒng)頻率變化，改善微電網(wǎng)運(yùn)行性能；

2) 通過對微電網(wǎng)系統(tǒng)小信號模型的分析可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小時(shí)，VSG小信號模型將近似為2階系統(tǒng)，此時(shí)VSG運(yùn)行特性與下垂控制相似；

3) 在VSG運(yùn)行模式切換中，通過J的改變可提高VSG的運(yùn)行性能，可滿足系統(tǒng)并網(wǎng)及孤島穩(wěn)定運(yùn)行。

盡管本文分析了變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下的微電網(wǎng)模式切換運(yùn)行，但并未考慮切換過程中VSG輸出電壓、電流情況，實(shí)際上由于并聯(lián)系統(tǒng)交互耦合影響，各VSG輸出電能質(zhì)量問題也應(yīng)當(dāng)考慮。