随着分布式电源渗透率的不断提升，常规的分布式并网发电控制技术将会使得电网的稳定性问题越发严峻，虚拟同步发电机技术因其能够改善电网稳定性而成为研究的热点。 首先介绍了同步发电机频率及电压控制的机理，接着介绍并分析了现有的两大类具有典型性的虚拟同步发电机技术方案及其控制原理，最后对虚拟同步发电机技术的发展方向进行了展望。
【虚拟同步发电机技术详解】
虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）是近年来随着分布式发电（Distributed Generation, DG）技术发展而兴起的一种新型控制策略。随着可再生能源的广泛应用，分布式电源在电力系统中的渗透率不断提高，传统并网控制方法面临挑战，因为它们无法提供与传统同步发电机类似的稳定性和动态响应。VSG技术应运而生，通过模拟同步发电机的频率和电压控制特性，增强了电力系统的稳定性。
1. **同步发电机的频率和电压控制机制**
- **频率控制**：电力系统频率的稳定主要依赖于同步发电机的机械功率平衡。当系统有功功率需求变化时，发电机的转速会因机械惯性和阻尼效应而缓慢变化。随后，调速器会根据频率偏差调整输入机械功率，实现一次调频，即有限的频率调整。二次调频则通过调整发电机的调速器设定值，实现更精确的频率控制。
- **电压控制**：系统电压稳定主要由同步发电机的无功功率调节。无功负荷变化导致电压波动，发电机通过调节励磁电流来维持电压稳定。
2. **虚拟同步发电机技术**
- **电流控制型VSG**：这种类型的VSG等效为受控电流源，适用于分布式电源渗透率较低的情况。它通过控制并网逆变器的电流输出，模拟同步发电机的频率响应，提供系统惯性和频率调节功能。例如，欧洲VSYNC工程提出了这一概念，通过储能设备增强系统的动态性能。
- **电压控制型VSG**：这类VSG等效为受控电压源，适用于高渗透率分布式电源的弱电网环境以及微电网孤岛模式。它通过控制逆变器的电压输出，模拟同步发电机的电压调节能力，确保电压稳定性。加拿大多伦多大学、英国利物浦大学、合肥工业大学和清华大学等研究机构都对此进行了深入研究。
3. **控制原理与优缺点**
- **电流控制型VSG**：优点在于能够提供类似同步发电机的瞬时频率支撑，但可能对电网电压影响较大。缺点是可能需要较大的储能装置来模拟足够的惯性。
- **电压控制型VSG**：优点在于能有效维持微电网的电压稳定，适合高渗透率环境。缺点是可能对频率响应速度有所牺牲。
4. **发展趋势**
- 针对不同应用场景，未来的研究可能会侧重于开发更具灵活性和适应性的VSG控制策略，如结合电流和电压控制的混合型VSG，以优化稳定性和效率。
- 智能控制算法和人工智能的应用将进一步提升VSG的控制性能，实现更精准的频率和电压调节。
- 与储能技术的深度融合将有助于提升VSG在瞬态条件下的表现，同时降低对大型储能设备的依赖。
综上，虚拟同步发电机技术通过模仿传统同步发电机的动态行为，为分布式发电提供了增强电网稳定性的解决方案，有望成为未来电力系统中的关键技术。随着技术的不断进步，VSG将在电力系统现代化和可再生能源集成中发挥越来越重要的作用。
