“基于虚拟同步发电机的新能源并网技术及应用”特约主编寄语(电力系统自动化)

2018-04-28

在国内电力系统的新增装机容量中,新能源发电占据了主要成分,其并网渗透率快速上升,对电力系统的控制、调度和稳定性的影响也越来越大。与传统的大型同步发电机组相比,目前的新能源并网方式降低了电力系统的惯性和阻尼,导致系统频率和电压的抗扰性下降,特别是当电网中接入的新能源并网规模较大时,这一问题将更加突出。因此,有必要探讨新能源并网新的方式,使新能源发电能够有机地融入电力系统。

当电力系统处于机电暂态过渡过程时,同步发电机转子的机械惯性提供暂态能量,抑制电网频率的变化,为调节争取响应时间,对电网稳定起到至关重要的作用。仿照其作用原理,相关专家和学者提出了新能源并网的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制思想,近年来在学界和业界受到广泛关注。VSG技术基于新能源应用中的电力电子变换器,通过控制算法模拟同步发电机的稳态下垂特性和暂态惯性与阻尼,使其具有与同步发电机类似的稳态和机电动态特性,以提高电网频率和电压的抗扰能力。国内外诸多专家学者在VSG技术的电网适应性、控制稳定性及其系统应用等方面都取得了丰硕的研究成果,尤其2016年开始国家电网公司在张北风光储输示范电站开展了VSG技术和核心装备在消纳高渗透率新能源的电力系统中的示范应用,组织编制了技术导则和检验方法等相关技术标准,促进了该技术的发展与应用。

《电力系统自动化》编辑部密切关注该领域最新的研究进展,组织了本期“基于虚拟同步发电机的新能源并网技术及应用”专辑。我们非常荣幸地受邀担任该专辑的特约主编。专辑得到同行积极响应,本着优中选优的原则,经同行评审,最终收录22篇论文。根据研究侧重与关注点的不同,内容主要涉及以下几个方面。

在VSG研究与应用综述方面收录3篇论文。柴建云等对VSG技术在风力发电系统中的研究进展和主要应用形式进行了系统介绍,并归纳总结出VSG目前仍需解决的问题;葛俊等分析和探讨了大电网运行下的VSG并网适应性问题,并进行了相应的总结和展望;秦晓辉等辨析了大电网中VSG惯量支撑与一次调频功能的定位问题,提出了独到而有参考价值的见解。在VSG控制与稳定性方面收录7篇论文。方勇杰等分析了强阻尼系数对VSG的功角稳定性的影响;秦亮等建立了VSG换流器的大信号模型并分析了其暂态稳定性;王跃等提出了一种可松弛小功角约束条件的VSG功率解耦策略;张辉等分析了VSG的暂态平滑过程,提出了一种VSG并联运行的阻抗匹配策略;陈建福等提出一种基于自适应虚拟惯性的VSG控制策略,实现了惯性系数的平滑灵活调节;辛焕海等提出一种适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略;颜湘武等针对恒功率控制与惯量、阻尼支撑相互协调控制问题,提出一种基于VSG的PQ控制模式。在VSG电网适应性和故障穿越方面收录7篇论文。吴在军等针对负荷虚拟同步机,提出一种适用于电网对称与不对称故障的低电压穿越控制方法;陈来军等提出了VSG的平衡电流控制策略与峰值电流抑制策略,保障VSG在电网不平衡电压下的安全稳定运行;曾江等提出了具有低次谐波抑制功能的虚拟电阻型光伏逆变器,有效降低了并网点电压的畸变率;程雪坤、孙旭东等提出了一种适用于电网不对称故障的双馈风力发电机电压补偿虚拟同步控制策略;陈杰等提出了一种同步逆变器控制策略,消除了非理想电网电压带来的影响;施凯等提出一种基于欠励磁状态运行的VSG低电压穿越控制新方案;李辉等将态势预测与利导方法运用于同步逆变器并网控制,有效促进了可再生能源的合理利用和友好并网。在VSG技术应用方面上共收录5篇文章。针对光伏系统VSG应用,巩宇等提出了张北示范电站中得以应用的基于VSG的功率深度利用和光储协调优化控制策略;针对风力发电VSG应用,谢震等提出一种基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略;针对柔性直流输电系统VSG应用,杜文娟等采用阻尼转矩分析法研究了VSG接入后系统的稳定性;针对电动汽车VSG应用,刘其辉等提出一种参与微电网调频的虚拟同步机充电控制策略;针对储能系统VSG应用,陈国柱等提出一种实现电池模组荷电状态均衡控制的调制方法。

在取得阶段性研究与应用进展的同时,对VSG技术的研究仍面临诸多挑战,希望本专辑的出版对于中国大规模高渗透率新能源并网相关理论研究和技术应用起到一定的推动作用。最后,由衷感谢各位作者的贡献以及各位专家学者在本专辑征文、投稿和评审过程中给予的大力支持,以及《电力系统自动化》编辑部为本专辑组织策划与顺利出版所付出的细致工作。

柴建云 张兴
2018年2月27日

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