【汇总】你应该了解的电力系统新技术

02.虚拟同步机技术

为应对能源问题和环境压力，社会对能源使用效率的要求不断提高;同时，风能、太阳能等分布式能源大规模地接入电网，一般说来，分布式电源主要通过并网逆变器接入电网，并网逆变器控制策略各异，加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现其即插即用与自主协调运行。如何保证这些新接入的分布式能源与电力系统兼容成为当务之急。

100多年以来，电力系统的规模不断变大，这主要归功于同步发电机的同步机制。如果能使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，那么必将大幅提升分布式发电的并网安全性与运行适应性，提高高比例新能源电力系统的稳定性。

虚拟同步机正是这样一种技术，它使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，从而能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网;可实现追踪电网运行，自动分摊功率，阻尼电网电压和频率过快波动，对电网有天然友好性、全网唯一频率运行，真正实现“同步”。

目前有光伏虚拟同步机、风机虚拟同步机、储能虚拟同步机以及负荷虚拟同步机等几种应用形式，也有文献披露在能量路由器和HVDC中的应用。虚拟同步机技术可以很好地解决分布式电源与电网的兼容性问题。

虚拟惯性J的存在：功率和频率的动态过程中具有了惯性

阻尼系数D的存在：具有阻尼系统功率振荡的能力讯在

虚拟同步机主要技术特性

①自主有功调频控制

有功频率控制即有功频率下垂控制，根据机端频率按照下垂曲线调整有功功率输出，模拟同步机的一次调频特性。

②自主无功调压控制

无功调压控制即无功电压下垂控制，根据机端电压按照下垂曲线调整无功功率输出，模拟同步机的无功电压调节能力。

③虚拟惯量控制

虚拟惯性控制即模拟同步发电机机转子机电暂态摇摆过程的控制，利用储能装置来缓冲逆变器直流侧与交流侧的功率不平衡。

④惯量频率支撑

当高渗透率新能源系统发生较大功率缺额时，需要新能源虚拟同步机模拟传统同步机对系统频率的惯量支撑能力，缓解系统频率下降速率。

⑤虚拟阻尼控制

阻尼控制是模拟同步发电机电气阻尼特性的控制，通过控制惯量储能单元存储或释放能量等方式实现阻尼振荡，可以用来阻尼虚拟同步机与系统的机电振荡，提高动态稳定性。

目前国家电网公司规划在张北风光储输基地开展示范工程建设，建设世界容量最大的虚拟同步机示范工程。

通过对现有风机、光伏发电的逆变器和控制系统进行改造，新建大容量集中式虚拟同步机，计划2017年年底建成。虚拟同步机大规模应用后可加快功频振荡的平息速度，减轻系统故障对电网电压、频率的影响，提升系统暂态稳定水平。

张北虚拟同步机大规模应用后对系统的影响

未来的电力系统在采用虚拟同步机技术后，发电设备和负荷能够通过内在的同步机制自主交互，在不需要人工调节的情况下就可以实现系统的稳定运行。

虚拟同步机技术改变了原来仅由发电端调节的单向模式，实现了负荷端和发电端的双向调节模式。