0　引言

随着电力系统中以清洁能源为主要形式的分布式发电单元迅猛发展，清洁能源发电在电网中的渗透率越来越高，给传统的电网系统带来了严峻的挑战。传统电网中的同步发电机为系统提供了惯性和阻尼，为电网频率和电压的稳定性提供了支持。而基于清洁能源并网逆变器的分布式发电单元不具有惯性和阻尼的特征，导致了电力系统稳定性能降低[1-2]。在电网发生扰动时，如何将基于清洁能源的逆变器单元与电网同步，增强电网系统的稳定性一直是限制清洁能源利用的关键问题[1-3]。

李娟(1980-)，女，汉族，安徽芜湖无为人，大专，会计师，中核工置业有限公司财务经理，研究方向：关于房地产企业财务管理方向及实务操作。

基于VSG(virtual synchronization generator)概念的控制方法为解决该问题提供了新思路:通过控制逆变器的开关模式，将其模拟出具有同步发电机的特性；将分布式发电单元的电力电子接口模拟为同步发电机端口，将其控制方式策略相应地模拟出同步发电机内部系统的各种响应与扰动；同步发电机根据其受到的指令对其输出的电压、频率和相位进行控制。由于其转子机械转动时具有一定的惯性和阻尼，因此同步发电机对电网频率和电压的稳定性具有积极作用。而VSG作为同步发电机的模拟装置，相应地，虚拟同步发电机也有助于电网电压和频率的稳定[4]。

定子电气部分输出电流iabc可表示为

虚拟同步发电机控制算法为基于清洁能源的分布式发电单元提供了优良的控制策略。针对该控制算法在新能源并网中具有稳定系统运行的积极作用，本文提出了将其机械转动模型中所具有的惯性和阻尼特性应用在传统功率下垂控制中，不仅简化了虚拟同步发电机的控制模型，并且使功率下垂控制策略具有支持电网频率和电压稳定的功能。

1　控制策略

1.1　虚拟同步发电机原理

图6(a)所示为单独采用传统功率下垂控制和采用本文所提出的控制策略时，在负载功率变化的过程中，在逆变器输出的电压频率曲线。可以明显地看出，当负载变化时，采用传统功率下垂控制算法所输出的电压频率波动很大，而采用本文所提出控制策略输出的电压频率比较稳定，波动很小。表明了所提出的控制策略对电压频率稳定性具有积极的作用。

在图3中的机械运动方程数学表达式为

图1　三相电压型逆变器主电路

采用图1所示的电压型逆变器拓扑电路，通过虚拟同步发电机控制策略将其模拟为传统的同步发电机。其中虚拟电势E对逆变器输出的电压和无功功率进行调节；有功调节为模拟传统同步发电机输出有功功率的调节过程；转子转动部分和定子电磁模块分别模拟同步发电机的转子和定子特性。如图2所示为虚拟同步发电机控制算法框图[5]。

图2　虚拟同步发电机控制的控制框图

由图2可知，虚拟同步发电机的无功调节输出的电势可表示为

E=ΔEQ+Eo+ΔEU=kq(Qref-Q)+

Eo+kv(Uref-U)

(1)

式中，△EQ、Eo、△EU分别为无功功率调节值、虚拟同步发电机空载电动势和机端电压调节值；Kq、Kv分别为无功调节系数和电压调节系数；Qref、Q分别为参考无功功率和逆变器机端输出的瞬时无功功率值；Uref、U分别为逆变器机端电压的参考值和输出值。

由于同步发电机的无功输出和机端电压通过调节励磁实现，所以虚拟同步发电算法的无功调节模块也主要为了模拟此过程，即通过虚拟电势E对逆变器输出的电压和无功功率进行调节。

有功调节部分的机械转矩Tm可表示为

机械运动方程模拟了同步发电机转子运动的特性，可表示为

随着社会人口老龄化和疾病谱的改变，老年人慢性非传染性疾病的患病率高，其生活不能自理且卧床患者比例呈上升趋势。目前，社区卫生服务中心收治的对象90%以上是久卧病患，家属及保姆或陪护工等已成为他们的主要照顾和护理者(照护者)。调查发现，照护者们普遍缺乏防压疮的翻身护理知识和技能。由于照护者们对易发生压疮的这类高危人群未能正确及时掌握有效的防压疮翻身护理技能，导致发生压疮病例增多。因此，如何有效减少压疮的发生，对久卧病患照护者进行防压疮翻身护理培训值得社区护理工作者的探索。1年多来，我们加强对照护者们防压疮翻身护理技能的指导和培训，使照护者们防压疮的护理能力明显提高，现报道如下。

Tm=To+ΔT=Pref/ω-kf(fo-f)

(2)

式中：To、△T分别为机械转矩指令值和频率偏差反馈指令值。此处的有功调节是模拟传统同步发电机输出有功功率的调节过程。

回顾整个诊断维修过程，正是由于上述原因，维修人员使用试灯进行控制电路的诊断时，由于试灯没有点亮，所以将诊断引入到控制电路和ECM故障的方向去了。再加上维修手册上的电路图标注错误，线色与实际不符，让诊断变得“复杂”。不过，这也让笔者对汽车故障诊断有了更深的认识：

(3)

式中：Tm、Te和Td分别为同步发电机的机械、电磁和阻尼转矩；J、D分别为同步发电机的转动惯量和阻尼系数；ω、ωo分别为同步发电机的机械角频率和电网角频率(此处令同步发电机的极对数为1，则ω既为同步发电机的机械角频率，也为其电气角频率)。

轩辕明在神像旁边发现了一个木牌，木牌上标着：南方第二列山系，从柜山到此漆吴山共十七座山，共长七千二百里。

(4)

式中Eabc、uabc、iabc、R分别为同步发电机电势、机端电压、输出电流和定子电阻。

1.2　VSG算法在功率下垂控制中的应用

图3为本文所提出的具有阻尼和惯性的功率下垂控制总体框图。

图3　控制策略框图

其中逆变器输出的有功功率P和无功功率Q作为传统功率下垂器的输入量，通过下垂控制算法产生电压E和角频率ω的指令值，然后，将频率ω作为虚拟同步发电机控制器机械转动算法的输入量，将电压指令值E直接送入三相电压合成模块，在虚拟同步发电机控制器的作用下生成相位角θ。最后，经过三相电压合成计算得出三相参考电压Eabc。

图4为功率下垂控制框图。由图可知，下垂控制可以表示为

(5)

式中：fo、Uo、Po、Qo分别是额定频率、幅值、有功功率指令值和无功功率指令值；m、n为下垂系数。

图4　下垂控制框图

第一种思路要利用工程措施形成泄流渠，利用泄洪水力逐步冲蚀坝体，拓宽泄流渠，实现降低水位、放空大部分库容的目的。这种方法可满足快速除险要求，但形成的洪峰流量较难控制，对下游可能会产生较大的影响，适用于短期内坝体存在溃决风险的冰碛湖。第二种思路要求泄洪措施安全稳定，泄洪流量可控，因此对下游影响较小，适用于坝体稳定、短时间内不会产生溃决的冰碛湖。一般在冰碛湖应急处置过程中限于客观条件，应在初期阶段首先实现，以达到第一时间降低冰碛湖风险等级和减灾的目的。

(6)

式中：Po、Pe和Pd分别为同步发电机的机械、电磁和阻尼功率。图5所示为虚拟同步发电机机械转动算法的框图。

图5　虚拟同步发电机机械转动模块

其中，逆变器输出的虚拟电磁功率为

3) 紧急停车功能。当发生紧急情况需立即停车时，按下“紧急停车”按钮，输出故障停车信号至遥控控制模块、LCU和DCU控制主机停机，同时直接控制燃油泄放阀动作，确保主机快速停止转动。

（4）鄂州第三方物流边缘化的压力日益凸显。物流企业多由传统的运输和仓储企业转变而来，随着物流热的兴起，鄂州城区和八大新区核心圈物流服务功能虽然有所改善，但整体上规模小、市场集中度低，远远达不到现代物流的要求。有40%的业务被武汉和黄石“抢走”。两市的综合优势正在“吞噬”着鄂州的物流市场。目前，鄂州市物流市场份额中，武汉约占30%，黄石约占16%。如果不能率先在结构上更优、质量上更好的方向寻求突破，物流边缘化将不可避免。

(7)

式中：ej和ij (j为a,b,c)分别为逆变器输出的三相电压和电流。

2　仿真与分析

为了验证本文所提出控制算法的正确性和有效性，在Matlab/Simulink中搭建了逆变器的仿真模型。其中系统电路参数：直流侧电压为700 V；输出电压为220 V/520 Hz；滤波电感L=2 mH；寄生电阻R=0.1 Ω；滤波电容C=15 μF；设置开关频率fs=10 kHz。仿真的初始时刻t=0时，设置负载功率为P=20 kW，Q=5 kvar；当t=1.2 s时，将负载所需有功功率增加至P=25 kW，无功功率增加至Q=10 kvar；在仿真时间t=2.4 s时，负载功率又恢复至初始值。

图1为三相电压型主电路结构。为了简化分析，直流侧直接采用直流源代替。Q1～Q6为IGBT开关管，R、L、C分别为逆变器的电感寄生电阻、滤波电感和滤波电容。三相电压型逆变器通过同步控制等措施，最终经过公共耦合点(point of common coupling, PCC)流入电网。

图6(b)和图6(c)为采用本文提出的控制策略时，逆变器输出的电压和电流波形。可以看出，电压和电流波形具有良好的正弦性。

图6(d)为在虚拟惯量J和阻尼系数D取不同的数值时，逆变器输出电压频率的变化曲线。由曲线的动态变化可看出：阻尼系数相同时，惯性系数越大，频率波动越小，受到扰动的影响也微弱；同样，惯性系数相同时，当系统受到负载扰动时，阻尼系数越大，逆变器输出的电压频率受到的波动越小。表明了虚拟同步发电机机械转动模型中所具有的阻尼和惯性在这里依然适用，再次证明了所提出控制策略的有效性。

图6(e)～(g)分别为在不同惯量和阻尼的条件下，逆变器输出的电压幅值曲线、有功功率曲线、无功功率曲线。由输出曲线的动态变化可知：在负载发生变化时，该策略控制的逆变器具有良好的动态响应。

Pe=eaia+ebib+ecic

图6(h)～(j)分别为在不同阻尼系数、不同惯性系数的控制下，当负载所需功率发生波动时，系统输出有功功率、无功功率和电压幅值的动态变化曲线。可以看出，惯量系数和阻尼系数越大，其动态变化越缓慢，反之亦然。这表明在系统发生扰动时，该控制策略对输出功率和电压幅值具有惯性和阻尼作用，有效减轻了功率和电压变化对电网的冲击，提高了电网的安全稳定性。

图6　仿真波形

3　结束语

本文将虚拟同步发电机机械转动所具有的阻尼和惯性特性应用在传统功率下垂控制算法中。提出了采用传统功率下垂控制算法取代虚拟同步发电机算法中的有功/频率调节和无功/电压调节部分，保留虚拟同步发电机的机械方程所具有的惯性和阻尼特性。当电网受到负载等扰动时，其输出电压和频率在动态响应过程中具有惯性，阻尼电网频率和电压震荡，维护电网的安全稳定运行。仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性和有效性，该策略有助于支撑电网频率和电压的稳定，减小电网受到冲击干扰的影响，增强了电网系统的鲁棒性。

参考文献：

[1]　Eftekharnejad S,Vittal V,Heydt G T,et al.Impact of increased penetration of photovoltaic generation on power systems[J].Power Syst IEEE Trans,2013,28(2):893-901.

[2]　Romero Cadaval E,Francois B,Malinowski M,et al.Grid-connected photovoltaic plants:an

alternative energy source,replacing conventional sources[J].IEEE Ind Electron,2015,9(1):18-32.

[3]　Olivares D,Sani A,Etemadi A,et al.Trends in microgrid control[J] IEEE Trans Smart Grid,2014,5(4):1905-1919.

[4]　Soni N,Doolla S,Chandorkar M C.Improvement of transient response in microgrids using virtual inertia[J].IEEE Trans Power Delivery,2013,28(3):1830-1838.

[5]　吕志鹏,盛万兴,钟庆昌,等.虚拟同步发电机及其在微电网中的应用[J].中国电机工程学报,2014,34(16)：2951-2963.