vsg逆变器 如何理解，应用虚拟同步发电机技术

如何理解，应用虚拟同步发电机技术

您好，“萨特朗动力”为您解答“虚拟同步发电机技术”
绝大部分的分布式电源都是通过电力电子变流器接入电网，而电力电子变流器与传统同步发电机有着本质的区别。电力电子变流器因其快速的动态响应、较小的过载能力、低转动惯量和低短路容量等特性将对电网的静动态稳定性产生难以忽视的影响。
而大电网中的同步发电机具有优良的惯性和阻尼特性，并能够参与电网电压和频率的调节，具有对电网天然友好的优势。因此，如果借鉴传统电力系统的运行经验和同步发电机的特性，则可以实现逆变器电网的友好接入，在很大程度上可以解决分布式电源并网所面临的诸多问题和挑战。
基于这一思想，在传统并网逆变器的直流侧引入适量的储能单元，并在逆变器的控制中集成传统同步发电机模型，就引出了虚拟同步发电机技术。简而言之，VSG技术主要就是通过模拟同步发电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使逆变器从运行机制和外特性上都可与传统同步发电机相媲美。
在传统同步发电机中，当系统中的负荷突然变化，由于机械惯性，输入功率还来不及做出反应，则负荷所需要的功率就大于发电机的输入功率，为了保持功率的平衡，发电机只能把转子的部分动能转化为电能，从而导致发电机的转速降低，电网的频率下降。
如果从能量的角度来理解传统同步发电机中的转动惯量，大的转动惯量，在同步转速下也就意味着储存着更多的动能，也即可以通过短时释放储存在转子中的动能来参与有功功率的平衡。因此，惯性也是一种储能的体现。
如果逆变器直流侧储存的能量足够大，当逆变器采用VSG技术时，由于虚拟惯性的存在，可以使VSG在受扰后具有和传统同步发电机一样的惯性，那么VSG就能够参与一次调频；而且，考虑到同步发电机热能-机械能-电能的转换过程缓慢，基于储能装置的化学能-电能的转换时间更短，因此VSG响应速度更快，能够参与调频的逆变器必须配备足够的储能。如果直流侧不能瞬时提供足够的能量，那么逆变器的调频能力也就非常有限。
传统同步发电机的转动惯量是一个和其尺寸有关的物理量，通常随功率的增加而增大。然而，VSG的虚拟惯性并非固定不变，而是与储能单元的配置密切相关，使得VSG虚拟惯性的选择更加灵活。
传统同步发电机中的阻尼是阻力转矩随转速变化而变化的一个系数，主要取决于电机的类型和运行条件。同步发电机并网运行时，由于阻尼绕组的存在，会产生电磁阻尼，主要与阻尼绕组有关。同样的，在VSG中由于虚拟阻尼的引入，使得VSG具备了阻尼功率振荡的能力。
近年来，随着储能技术的快速发展，考虑到储能单元的快速功率响应特性，在太阳能光伏发电中，直流侧配置储能单元，将光伏和储能单元看作一个整体，对其中的逆变器采用VSG控制技术，从而实现光伏发电友好的削峰填谷，能够有效提高分布式电源接入系统的频率稳定性，具有广阔的应用前景。
VSG技术的研究方兴未艾，从理论体系到工程实际都还有待完善。VSG实现的载体依旧是半导体功率器件，其过载能力有限等电力电子变流器本身的问题、VSG关键参数的整定问题、储能单元的优化配置问题以及电力电子变流器与同步发电机模型耦合产生的不同频率范围内的振荡等诸多问题还亟待进一步的解决。总而言之，VSG应集同步发电机之长而避其短，借鉴传统电力系统成熟的控制理念及分析方法，模拟同步发电机优越的性能，同时结合电力电子控制的灵活性及快速性，不断去改进VSG技术。
目前，国内外学者提出了多种VSG技术的实现思路，开展了许多富有成效的工作，所取得的很多研究成果具有很好的参考价值，这里不再一一罗列。另外，据了解目前国内已有相关企业将VSG技术应用于多项实际工程中，取得了商业化的阶段性成果。

三相同步发电机怎么接稳压器

当微电网连接大电网运行时，系统频率由大电网决定，各虚拟同步发电机可采用功率控制策略使其按照功率调度指令输出功率。当微电网孤岛运行时，必须有逆变单元采用电压频率控制策略，提供微电网的电压参考;微电网中，同等容量的逆变电源还可以任意替换，易于模块化、标准化生产，增加了微电网控制的灵活性，提高了系统的可靠性。所提出的控制策略已在MA TLAB/Simulink 上得到验证。

0 引言

微电网是由负荷和多个微源组成的集合系统，具有联网和孤岛2 种工作模式，是分布式发电领域非常活跃的分支。目前，由微电网中央控制器和单元控制器组成的集中控制型微电网的研究较多[124 ] ，该结构与传统电力系统类似，但微电网是以逆变电源为主的小型电网，其中，具有储能单元的逆变电源起着维持系统电压稳定、频率稳定和功率平衡的重要作用，其控制策略的研究是微电网的关键技术之一[5 ] ，也是本文研究的主要内容。

微电网孤岛运行时，需要下面2 种功能的逆变电源: ①作为可调度单元，只根据功率调度指令输出功率; ②作为调频调压单元，提供发电单元与负荷之间的瞬时功率偏差，维持微电网频率和电压的稳定[527 ] ;微电网连接大电网运行时，系统频率由大电网决定。微电网逆变电源只需要按照指定功率运行[8 ] 。文献[4 ]指出在逆变电源直流侧加装储能装置，可以将前级能源为风能、太阳能等不可调度的分布式发电单元转化为可调度单元。本文主要研究配置有储能装置的逆变电源控制策略，如果这些逆变电源都具有功率控制和调频调压双重功能，且可以根据运行模式或其他条件切换控制策略，改变它在微电网中的角色，将会大大增加微电网控制的灵活性。当微电网故障时，如果该逆变电源能够继续不间断地向重要负荷供电，将会进一步提高微电网供电可靠性。这种设计也有利于逆变电源模块化和标准化生产，有重要的现实意义。目前国内外相关文献还较少[829 ] 。

本文基于上述思想提出了一种新型微电网逆变电源，由该逆变电源组成的微电网既能连接大电网运行，又能实现孤岛运行时频率的无差控制。

1 虚拟同步发电机的基本结构

大型电力系统中，为了维持系统频率稳定和功率平衡，同步发电机组按照功能可以分为非调频机组和调频机组。非调频机组正常运行时按预先给定的负荷曲线发电，并配备调速器参与动态频率调节;调频机组主要利用同步器进行系统频率调整[10 ] 。如果能够将具有储能装置的微电网逆变电源的数学模型等效为同步发电机模型，再借鉴调速器和同步器的工作原理设计逆变电源的控制器，电力系统中相关控制策略、理论分析方法就可以方便地引入由该新型逆变电源组成的微电网中。据此，本文提出了图1 所示的新型微电网逆变电源(称为虚拟同步发电机(VSG) ) ，其主电路为三相全桥逆变电路，Lf i和Cf i ( i = a ，b ，c) 分别为滤波电感和电容，L i 用来实现功率传输， rL i是滤波电感、开关器件、线路等元件的等效电阻之和，并假设直流侧为电压恒定的储能装置，且允许能量双向流动。VSG算法模块采用同步发电机的机电暂态数学模型，有效模拟同步发电机的转子机械特性和定子电气特性;功率控制器(简称PQ 控制器) 和电压频率控制器(简称V f 控制器) 分别实现按功率调度指令发电和调频调压2 种功能，预同步单元则确保VSG满足并网条件后闭合接触器KM ，模式选择信号用来选择是PQ 控制模块、V f 控制模块还是预同步控制模块有效。

式(1) 算法中的机械转矩、转动惯量、定子电枢电阻、同步电抗、电角速度以及感应电动势等参数与同步发电机相应参数的物理意义相同，并根据系统功率的大小，选择功率相匹配的实际同步电机设计参数作为该算法的参数，利用单片机、DSP 等数字装置可以很容易实现，而且设置更加灵活。为了方便起见，本文仍然沿用以前的参数名称。

图1 中，将电感电流经过低通滤波器后反馈到VSG算法模块中，使ii = iL i ，并将由定子电压方程得到的ui 作为逆变电源的调制波，根据面积等效原则[12 ] ，逆变桥输出电压ujO ( j = A ，B ，C) 中的基波电压等于调制波ui ，因此，图1 虚线框内的模型可以等效成电枢电阻为ra 、同步电抗为xt 的机电暂态同步发电机模型。由于滤波器主要用于滤除高次谐波分量，并不改变基波分量的特性，所以机电暂态模型所反映的转子动态特性与同步发电机相同，完全可以用同步发电机的物理模型进行分析。

2 控制器设计

本文将VSG设计为具有功率控制和调频调压双重功能的可控电压源，以便在微电网发生故障时，仍能作为不间断电源向重要负荷供电。所设计的控制器如图2 所示。网页链接

逆变器的工作原理及2个主要作用是什么？

工作原理
逆变器是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。
输入接口部分：输入部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB=0时，逆变器不工作，而ENB=3V时，逆变器处于正常工作状态；而DIM电压由主板提供，其变化范围在0～5V之间，将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。
电压启动回路：ENB为高电平时，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。
PWM控制器：有以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。
直流变换：由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。
LC振荡及输出回路：保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将电压降至800V。
输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出的作用。
作用
逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

什么是逆变器 逆变器的原理应用

逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V,50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。逆变器的原理它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调。

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