0 引 言

为应对能源危机和环境污染，风力发电、光伏发电以及储能等分布式发电和微电网技术得到广泛研究和大量应用[1-3]。光伏阵列和储能蓄电池没有惯性，风电机组具有少量惯性[4]，大量无(低)惯性分布式间歇性能源接入，使电网的整体惯性降低，电压和频率调节能力减弱，再吸纳能力随之降低[5-6]。

微电网功率吞吐通过电力电子变换器，响应速度一般为毫秒级。并网时一般采用恒功率(PQ)控制，按照功率指令输出恒定功率，不参与电压和频率的调节；孤岛运行时一般采用恒压恒频(U/f)控制，使逆变器输出频率和电压维持在参考值附近。但这两种控制方式都不能为微电网提供一定量的频率和电压支撑，更不能为稳定性较差的微电网提供必要转动惯量的阻尼作用。下垂控制(Droop Control)模拟同步发电机P-f、Q-U曲线，但依旧不能为微电网提供惯性和阻尼[7]。于是，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术应运而生[8-12]。文献[8]所提的“VSG”方案在外特性上模拟了同步发电机的摇摆方程。文献[9]所提的“VISMA”方案技术更能体现同步机运行特性，但上述都为电流型VSG，无法提供频率和电压支撑。文献[10]对VSG小信号模型进行分析，并对重要参数整定提供了依据。文献[11]对VSG逆变器直流侧储能的优化配置进行研究，给出了平抑功率波动的幅值所需配置储能的最小功率。文献[12]提出了VSG的一种转子惯量自适应控制策略，同时满足了有功功率和频率超调较小的快速动态响应。

本文在上述研究的基础上，对微电网中具有同步发电机技术的同步逆变器技术展开了研究。首先分析了同步逆变器的数学模型和控制算法(频率、电压以及功率控制)，引入转动惯量和阻尼方程，对VSG输出功率的动态和稳态特性存在的矛盾，提出了一种改进型VSG，然后在生成参考电压的基础上，对其进行双闭环控制，最后在MATLAB/Simulink平台上验证所提策略的正确性。

1 VSG模型与原理

图1 并网逆变器等效为VSG的过程

并网逆变器等效为VSG的过程如图1所示。将电力电子装置构成的逆变器加上控制算法等效成同步发电机，滤波电感Lf和电阻Rf等效为同步发电机的定子电抗。Udc为直流侧电压，eabc=[ea,eb,ec]T，uabc=[ua,ub,uc]T，iabc=[ia,ib,ic]T分别为VSG三相感应电动势、输出端电压与并网电流。

从逆变器控制的角度来讲，VSG其实是在下垂控制的基础上，引入定子电磁方程和转子转动惯量方程，使逆变器不仅具有一次调频调压能力，而且为稳定性较差的微电网提供电压和频率支撑及阻尼作用。VSG的主控制框图如图2所示。

图2 VSG主控制框图

借鉴同步发电机的数学模型，可知VSG的基本方程为式(1)～式(5)。式(1)为转子运动方程，式(3)～式(5)依次为逆变器输出电压、电磁转矩、无功功率表达式。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中: J、Tm、Te、Td、D——转动惯量、机械转矩、电磁转矩、阻尼转矩、阻尼系数；

Mf、if——定转子的互感与励磁电流。

动物园虽然尽到了保护措施，但仍不能据此肯定动物园尽到管理职责。根据检察日报等媒体的报道，动物园方未至少存在以下疏漏：

因为有内置的有功频率下垂机制，VSG可以与在同一母线上的其他类型的自动分配负载，也可以将其看成是一个级联的控制结构：内环是频率(速度)环，外环是转矩(功率)环。频率环的时间常数τf=J/Dp，没有延迟环节，所以比同步发电机的小，响应速度快。

将参考电压经过派克变换，把同步发电机在旋转坐标系dq0下的经典二阶方程引入作为VSG的虚拟阻抗；虚拟阻抗可以使得VSG像同步发电机那样，在多VSG并联时抑制环流，实现功率均分，提高稳定性。

(6)

一是通过岗位锻造干事能力。公司选拔青年员工到基层单位挂职锻炼，到复杂环境、关键岗位锤炼作风，委派青年干部到集团公司、到控参股企业、到新兴行业学习先进企业的管理经验；并为每一名年轻干部选配一名工作导师和一名思想导师。通过交任务、压担子，选派的10名挂职青年员工，已经有5名成长为公司的中层干部，1名成为领导班子成员。同时积极引导青年参与岗位轮换和竞聘，培养多面手，在流动中培养和发现人才。

经图2 VSG的主控制框图生成VSG输出电势，即参考电压：

VSG无功功率电压的调节由类似上述的有功频率的方式来实现。

(7)

由式(7)可以看出，同步发电机的数学模型完全可以引入逆变器的控制，使逆变器具有下垂控制的有功频率和无功电压下垂特性。下垂控制加上后面的机械方程就完全模拟了同步发电机的转子转动惯量和阻尼特性，使得逆变器等效为同步发电机，从而增加逆变器控制的稳定性。

2 改进型VSG方案

2. 1 改进型VSG

根据VSG控制电路可知其输出功率:

按典型I型系统对内环电流环控制器参数进行设计，为了抵消传递函数的极点，可令kpc/kic=L/R，这样可增大系统的相位裕度，提高系统稳定性。由图5(b)可知闭环传递函数为

Pout=Pref+(Kω+Dp)(ω0-ω)

(8)

图3 改进型VSG

可见，VSG输出功率由参考值和稳态偏差两部分组成，为减小偏差，Dp应尽可能小。又由文献[9]可知，功率动态响应与J、Dp都有关：转动惯量J越大，阻尼越小，超调越大，稳定性越差；Dp越大，阻尼越大，超调越大，响应速度越慢，调节时间越长。因为无法兼顾J、Dp，为此提出了如图3所示的改进型VSG控制方案。

由图3可知，加了微分补偿环节的VSG，有功闭环系统阻尼变大，自然振荡频率不变,很好地解决了动态和稳态之间的矛盾。

2. 2 双闭环控制

第一，成长过程问卷。了解学生的家庭经济情况、父母教养方式、童年经历、个人与家族精神疾病史、自杀观念或经历等情况。

(8)

由图2 VSG的主控制框图可知，Dp是转子阻尼系数，同时反映了有功-频率特性(P-f)，即有

(9)

式中： Rv、Lv——虚拟电阻和虚拟感抗。

参考电压经过虚拟阻抗方程产生参考电压，参考电压再经由电压、电流双闭环控制得到调制信号，最后经过 PWM 调制就可以得到开关管的门级信号控制IGBT的开断。

VSG自身的动静态性能与其输出功率和电能质量(电压、电流、频率等)密切相关，故选取适当的电流双闭环控制参数相当重要[13]。

按照如图4所示的电压、电流双闭环控制框图对双环控制的PI参数进行设计，得出如图5所示的电压电流双闭环模型。

图4 电压、电流双闭环控制

图5 电压、电流双闭环模型

（3）在节能和操作方面，根据生产实际情况，在硫磺尾气SO2达标排放的前提下，优化工艺条件下，比如降低压力，甚至不用增压机，降低增压机的能耗和操作费用。

(10)

其中:

(11)

按I型系统，取系统阻尼比ξ=0.707，可得优化的PI参数为

(12)

为保证VSG输出电压具有较强的稳定性及抗扰动性能，可按照典型II型系统对电压外环进行设计。可得

(13)

以15个蛋白为研究对象，分析这15个蛋白的互作网络，除了上述的15个蛋白外，还有另外12个蛋白共计27个蛋白一起构成了蛋白互作网络，具体见图1。

式中: C——滤波电容值；

hv——中频宽，工程上一般约取为5。

3 仿真分析

为验证本文所提出的VSG控制策略的正确性与有效性，在MATLAB/Simulink 2016b仿真平台搭建如图1的系统模型进行仿真验证，仿真时间1 s。仿真参数如表1所示。

表1 仿真参数

参数名称参数值直流侧母线电压Udc/V700交流侧额定电压UN/V311额定角频率ω0/rad·s-1314滤波电感Lf/mH5．0滤波电容Cf/μF100开关频率f/Hz1e4

3. 1 孤岛运行状态

VSG运行在孤岛模式下,开始运行时，VSG带10 kW的三相阻性负载，0.5 s时投入一组5 kW和5 kvar的阻感性负载，VSG由轻载状态变为重载状态，其仿真波形如图6所示。

等甲洛洛激动的心情渐渐平复，他又想起自己肩负的使命，既然小丁不是小偷，那小偷一定另有其人，可又是谁呢？他又开始从头整理思绪：

图6 孤岛运行时仿真波形

由图6可以看出，初始状态投入10 kW的三相阻性负载时，由于模拟的转子转动惯量和阻尼的作用，电压和电流缓慢增加至有效值；0.5 s投入另一组阻感性负载时，电压没有急剧下降，而是在模拟调速器的作用下对电压进行有差调节，最后电压有一定的降落，这和电压调节系数Dq有关，电压电流波形正常无畸变,有功和无功也是按指令有序变化。

3. 2 并网运行状态

VSG运行在并网模式下,开始运行时，VSG带10 kW的三相阻性负载，0.5 s时投入一组5 kW和5 kvar的阻感性负载，VSG由轻载状态变为重载状态，其仿真波形如图7所示。

“金钉子”是全球标准层型剖面和点位的俗称。1997年，浙江省常山县黄泥塘下—中奥陶统地层剖面被国际地质科学联合会（IUGS）批准为“达瑞威尔阶全球界线层型剖面和点（GSSP）”（金钉子剖面），成为中国第一枚“金钉子”。

图7 并网运行时仿真波形

通过图7可以看出，在负荷变化和PCC点电压电流以及VSG输出功率的整个过程中，电压波形基本没有变化,因为此时电网相较VSG是一个无穷大系统，所以VSG的输出电压没有发生畸变,而在0.5 s负荷增加时，同样由于转子惯量的存在，VSG的功率输出平滑稳定，未对电网造成冲击。

4 结 语

本文针对分布式电源惯量低、并网逆变器响应速率快、无法为系统提供频率和电压支撑的缺点，在下垂控制的基础上，引入同步发电机电子磁链方程和转子机械方程，即VSG技术，使得电压源的电力电子接口具有同步发电机的惯性和阻尼特性。同时，改进型的VSG又能很好地解决逆变器输出动稳态之间的矛盾。这样，采用VSG控制算法的微电网逆变器像传统的同步发电机一样具有自治能力：孤岛运行时能为系统提供转动惯量和一定的阻尼，且进行频率和电压的一次调节；并网运行时，大量“低惯量、欠阻尼”的新能源通过VSG接入电网，降低对电网的冲击，为新能源的大规模消纳开辟一条有效途径。

结合裂纹扩展方向和断口观察可知，预冷变形处理使CuNi2Si晶粒出现了织构。而织构越多，则晶粒间取向差角越小，疲劳裂纹偏折越小，裂纹扩展路径越短，疲劳裂纹扩展速率越快；织构越少，晶粒间取向差角越大，疲劳裂纹偏折越厉害，裂纹扩展路径越长，疲劳裂纹扩展速率降低[9]。因此，尽管PCW材料比Un-PCW材料屈服强度更高，但由于PCW材料含有大量织构，裂纹扩展速率更快，最终导致PCW试样疲劳强度出现下降。故此可知，由于预冷变形改变了CuNi2Si材料的疲劳破坏特性，进而影响了其疲劳性能，使其在预冷变形后拉伸和屈服强度提高的同时，疲劳强度出现下降。

【参 考 文 献】

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