基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制的T型三電平并網(wǎng)逆變器

（文章來源：電氣新科技）

隨著社會的發(fā)展，能源減少及環(huán)境污染問題越來越引起人們的關(guān)注。傳統(tǒng)化石能源已經(jīng)不能滿足人們的需要，以清潔能源為主要能源的分布式發(fā)電受到了前所未有的重視。大部分分布式能源需要通過逆變器并入電網(wǎng)，由此可見逆變器在清潔能源應(yīng)用中的核心地位。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)中的同步發(fā)電機(jī)相比，逆變器容量更小、響應(yīng)速度更快、控制更靈活，但是幾乎沒有轉(zhuǎn)動慣性和阻尼分量，無法參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，不能為穩(wěn)定性較差的微電網(wǎng)提供必要的電壓和頻率以及阻尼作用。就逆變器而言，常見的控制策略有基于dq坐標(biāo)系解耦控制和下垂控制。解耦控制主要應(yīng)用在并網(wǎng)逆變器控制中，其優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)有功和無功的解耦控制，但采用解耦控制時，逆變器沒有阻尼分量和轉(zhuǎn)動慣性，且不容易實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)運(yùn)行。

下垂控制主要用于離網(wǎng)逆變器的控制，其在功率分配中取得良好效果，但在并網(wǎng)模式下，利用其模擬出的發(fā)電機(jī)下垂特性，可能會帶來較大的暫態(tài)電流沖擊，且其為系統(tǒng)提供慣性和阻尼以支撐電網(wǎng)的能力難有定論。

目前已有不少學(xué)者對虛擬同步發(fā)電機(jī)（virtual synchronous generator, VSG）技術(shù)開展了深入研究。有學(xué)者首次提出虛擬同步發(fā)電機(jī)的概念，通過模擬同步發(fā)電機(jī)（synchronous generator, SG）的外部特性來達(dá)到控制逆變器輸出電流的目的，其實(shí)質(zhì)是將逆變器視作受控電流源，此種控制策略不能運(yùn)行在孤島或離網(wǎng)模式。

這些研究內(nèi)容主要集中在兩電平逆變器VSG控制策略本身，而在拓展VSG應(yīng)用范圍上的研究很少。作為一種應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的電力電子裝置，VSG在借鑒SG的同時，還應(yīng)盡可能地發(fā)揮電力電子裝置的優(yōu)勢，比如從兩電平電路應(yīng)用到三電平電路中，相比于傳統(tǒng)的兩電平電路而言，它輸出波形更接近正弦波，所含諧波分量低，而且相比于二極管鉗位型（I型）三電平，所需功率器件更少，開關(guān)損耗更低，并網(wǎng)質(zhì)量更高。

本文首先分析T型三電平并網(wǎng)逆變器的工作特點(diǎn)，再分析VSG控制的原理；然后提出基于VSG的T型三電平并網(wǎng)逆變器控制策略，將VSG控制策略應(yīng)用到T型三電平逆變器中，更大程度地發(fā)揮電力電子裝置的優(yōu)勢和儲能裝置的作用；最后搭建基于VSG控制的T型三電平并網(wǎng)逆變器Matlab/ Simulink仿真模型。

仿真結(jié)果表明，采用VSG控制策略的T型三電平逆變器，既具有一定的慣性，同時還能保留T型三電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)。為解決可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)帶來的沖擊問題，本文通過分析VSG控制方法，針對性地將其應(yīng)用在T型三電平并網(wǎng)逆變器上，并通過仿真驗(yàn)證了所采用的控制策略能夠很好地改善頻率響應(yīng)特性和有功功率響應(yīng)特性。
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