基于VSG的交直流混合微电网负荷换流器控制策略

尚子勇 王刚

摘要：随着新能源发电技术、电力电子技术的长足进步，电力系统正经历着从交流配网向交直流混合微电网的范式转变。本文以交直流混合微电网中的交流负荷换流器为研究对象，提出了一种基于虚拟同步机（VSG）并配合储能单元控制的换流器控制策略。该策略以虚拟同步算法为核心，通过在直流侧加入超级电容配合补偿，为系统提供充足的惯性，从而有效抑制了负荷波动对系统稳定性的影响。

Abstract： With the rapid progress of new energy generation technology and power electronics technology， power system is undergoing a paradigm shift from AC distribution network to AC / DC hybrid microgrid. A converter control strategy based on virtual synchronous machine （VSG） and controlled by energy storage unit is proposed in this paper. The strategy takes the virtual synchronization algorithm as the core， and provides sufficient inertia for the system by adding super capacitor compensation to the DC side， thus effectively suppressing the influence of load fluctuation on the stability of the system.

关键词：直流配电网;直接电流法控制;下垂控制;虚拟同步机;负荷波动

Key words： DC distribution network;direct current control;droop control;virtual synchronizer;load fluctuation

中圖分类号：TN830                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0173-02

0  引言

随着新能源发电的发展，越来越多的电力电子器件接入电网，传统交流配电系统已经不能满足系统对稳定性的要求，而直流配电在电能质量、线损、及可再生能源接入等方面具有更优异的特性，因此，为满足可再生能源及储能装置大规模接入的需求，直流配电技术已经成为电力系统研究的热点问题。但系统中仍然会存在大量的交流负荷，而如何通过调节交流负荷侧换流器的控制策略来提高交流负荷侧的电能质量就显得尤为重要。在传统交流系统中，同步发电机是主要的发电单元，由于同步发电机能够为系统提供惯性和阻尼，因此系统可以稳定运行;但在以可再生能源发电为主的直流配电网中，系统所能提供给交流负荷的惯性和阻尼远小于交流电网，因此采用直流配网技术对交流负荷的供电质量是一个巨大的挑战。在交流系统中，当功率出现波动时，有几款传统的换流器控制策略来调节功率的波动。文献[1]采用了间接电流法（Indirect Current Control，ICC）控制，通过对电压幅值和相角对电流进行间接调节，但由于存在动态响应速度慢，直流电流瞬时偏移等问题，即使经过改进后，较直接电流法（Direct Current Control，DCC）仍存在差距，现已较少采用。而DCC控制直接作用于交流侧电流，动态性能优于ICC，并对直流电流瞬时偏移有更优异的调节特性。但系统中如果有同步发电机（Synchronous Generator，SG）的存在，系统中缺乏惯性和阻尼而引起的功率震荡问题将得到根本性的解决，基于此，文献[2]提出，根据SG下垂特性曲线作为控制方式对有功功率及无功功率分别进行调节，具有较好的调节效果，但因该调节为有差调节，不能完全的替代同步机在系统中的作用，基于此，文献[3-4]提出虚拟同步机（Virtual Synchronous Generator，VSG）对交流系统功率波动进行调节，通过引入转子运动方程在控制策略中，相比下垂控制有更优异的性能。基于以上研究成果，本文首先搭建了虚拟同步配合储能单元控制策略，在仿真实验中，将所提方案与DCC及下垂控制作比较，验证了虚拟同步配合储能单元的控制策略在直流配电网中优异的调节特性。

1  虚拟同步配合储能单元控制

在下垂控制的基础上，引入虚拟同步算法配合直流储能单元在理论上可以实现对系统的无差调节，在传统交流电网中需要加入储能电池配合虚拟同步机进行调节。而在直流配电网中，可以通过在换流器直流侧并联大容量电容实现储能单元的功能，基于此，搭建了虚拟同步配合储能单元的控制策略。