北京交通大学姜静雅、王玮、吴学智 等：中低压线路传输过程中如何实现虚拟同步机有功功率和无功功率的稳态解耦控制？

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团队介绍

姜静雅，博士研究生，研究方向为新能源并网控制技术。

王玮，教授，博士生导师，研究方向为电力系统分析与控制、新能源发电与智能电网技术等。

吴学智，副教授，博士生导师，研究方向为新能源并网技术、微网系统以及大功率电机控制技术等。

唐芬，副教授，硕士生导师，研究方向为新能源并网技术、电机控制和电能质量管理等。

北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心成立于2013年。课题研究团队现有教授7人，副教授12人，高级工程师4人。课题研究团队在电力电子装置设计开发、风能和光伏电能变换技术、储能及动力电池应用技术、主动配电网控制技术等相关领域已有多年的研究经验，并取得了多项成果。

导语

虚拟同步机的输出功率在中低压线路传输过程中存在耦合，进而引起功率控制产生稳态误差，严重影响分布式电源并网质量和系统稳定性。如何实现虚拟同步机并网功率解耦控制？且看北京交通大学国家能源主动配电网团队的相关研究。

项目研究背景

随着分布式电源在电力系统中的渗透率不断提升，能够实现风光等分布式电源友好并网的虚拟同步机技术应运而生并已成为研究热点之一。

然而虚拟同步机存在功率耦合问题，尤其在实际中低压线路呈现阻感特性时，有功功率和无功功率的耦合程度更加严重，进而影响分布式电源并网质量和系统稳定性。

现有解耦策略中，或解耦后的P-V、Q-f控制难以与系统中存在同步发电机时的P-f、Q-V控制实现良好兼容；或实质是控制回路功率耦合的消除，而实际的有功功率和无功功率仍然存在耦合；或所建模型不能准确反映有功功率引起的无功功率稳态耦合，因而研究虚拟同步机功率解耦问题具有重要的意义。

论文方法及创新点

本文采用的传统变流器拓扑及虚拟同步机控制方案如图1所示。文中重构了有功功率控制环路和无功功率控制环路，在用d/q轴电流表征虚拟同步机功角和内电势的基础上，提出仅用d轴电流表征功率耦合问题，进而从抑制电流稳态变化的角度提出了基于自适应无功功率补偿的解耦策略，同时分析了电网线路参数对补偿效果的影响，通过仿真和实验验证了所提解耦策略的可靠性和有效性。重构的耦合环路和无功功率补偿方案如图2所示。

图 1 传统并网变流器拓扑及 VSG 控制方案

图2 重构的耦合环路和无功功率补偿方案

结论

1）虚拟同步机的功角和内电势可用d、q轴电流表征，为仅由d轴电流表征功率耦合提供了理论基础；有功功率引起的无功功率耦合可仅由d轴电流表征，因而可仅通过一个补偿环节减弱了由于线路阻感比大和功角引起的功率耦合，解耦方法简单。

2）仿真和实验验证了所提基于自适应无功功率补偿的虚拟同步机功率解耦策略可以有效消除由于有功功率产生的无功功率稳态耦合。通过估算不同工况下的稳态工作点实时修正无功功率补偿值，保证了解耦的可靠性。

引用本文

姜静雅, 王玮, 吴学智, 唐芬, 李金科. 基于自适应无功功率补偿的虚拟同步机功率解耦策略[J]. 电工技术学报, 2020, 35(13): 2747-2756. Jiang Jingya, Wang Wei, Wu Xuezhi, Tang Fen, Li Jinke. Power Decoupling Strategy in Virtual Synchronous Generator Based on Adaptive Reactive Power Compensation. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2747-2756.

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