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光伏、風電等新能源發(fā)電依靠并網逆變器并入電網，這些電力電子逆變器設備具有控制靈活、響應速度快的優(yōu)點，但是隨著電力系統(tǒng)中電力電子設備的增多，這些裝置本身低慣量無阻尼的特點會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。

虛擬同步發(fā)電機（virtual synchronous generator, VSG）技術是利用控制算法模擬同步發(fā)電機的模型，使逆變器具有阻尼與慣量特性，能夠在電網頻率、電壓發(fā)生波動時主動參與系統(tǒng)的調頻調壓服務，改善系統(tǒng)的運行狀態(tài)。VSG的提出為提高電網對新能源的消納能力提供了新思路。

VSG的參數(shù)設置直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而VSG的主要參數(shù)阻尼與慣量雖然是給定的，但經過一系列的信號采集、變換等控制后，系統(tǒng)輸出的阻尼與慣量是否符合設定值尚未可知。因此，需要對VSG實際輸出阻尼與慣量進行參數(shù)辨識。有關文獻提出的VSG參數(shù)辨識方法都是針對某一特定的VSG模型進行辨識，由于VSG模型的建立方法不統(tǒng)一，在面對不同VSG結構或VSG結構未知時則無法辨識。

針對并網逆變器的虛擬同步發(fā)電機控制策略多樣化問題，河南理工大學電氣工程與自動化學院的研究人員從實際電網頻率頻繁波動的角度考慮，采用電網頻率擾動，并考慮逆變器采集電網頻率時需要鎖相環(huán)（phase locked loop, PLL），以及功率計算需要的濾波環(huán)節(jié)，建立完整的VSG控制小信號模型。然后通過系統(tǒng)的閉環(huán)零極點分析鎖相環(huán)與濾波環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，將VSG模型分為降階模型和全階模型。

研究人員通過電網頻率擾動與負荷擾動實驗，結合多新息隨機梯度法，推導出統(tǒng)一模型VSG的關鍵參數(shù)辨識方法，定量辨識出采用VSG控制的逆變器實際輸出的等效阻尼和慣量，量化其對電網的支撐作用，也可作為商用VSG控制逆變器的檢驗手段。

圖1 VSG主電路及控制算法部分

他們表示逆變器輸出的慣量與阻尼不只是VSG中設定的慣量、阻尼，而是系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)疊加影響后的等效慣量與阻尼。另外，濾波器與鎖相環(huán)參數(shù)設置適當時，其對系統(tǒng)的影響過程在短時間內完成，反饋不到系統(tǒng)的輸出功率環(huán)上，此時可完成VSG模型的降階。但當參數(shù)或結構未知時，可直接使用全階模型進行辨識。

研究人員指出通過電網的頻率擾動結合離網模式的負荷擾動獲得系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據，采用多信息隨機梯度法進行參數(shù)辨識，數(shù)據利用率高，辨識算法簡單有效，可準確識別出逆變器輸出的等效阻尼與慣量大小，量化逆變器對電網的支撐作用。

本文編自2022年第7期《電氣技術》，論文標題為“電網頻率小擾動下虛擬同步發(fā)電機統(tǒng)一模型關鍵參數(shù)辨識”，作者為朱軍、曲玉博 等，本課題得到國家自然科學基金、河南省科技攻關項目、河南省高等學校青年骨干教師培養(yǎng)計劃項目的支持。