虛擬同步機技術

為應對能源問題和環境壓力，社會對能源使用效率的要求不斷提高;同時，風能、太陽能等分布式能源大規模地接入電網，一般說來，分布式電源主要通過并網逆變器接入電網，并網逆變器控制策略各異，加之分布式電源輸出功率具有波動性、不確定性等特點，很難實現其即插即用與自主協調運行。如何保證這些新接入的分布式能源與系統兼容成為當務之急。

100多年以來，電力系統的規模不斷變大，這主要歸功于同步發電機的同步機制。如果能使并網逆變器具有類似同步發電機的運行特性，那么必將大幅提升分布式發電的并網安全性與運行適應性，提高高比例新能源電力系統的穩定性。

虛擬同步機正是這樣一種技術，它使得并網逆變器能夠模擬同步發電機的運行機理、有功調頻以及無功調壓等特性，使并網逆變器從內部運行機制和外部運行特性上可與傳統同步發電機一樣，從而能夠促進風電、發電上網的穩定性、安全性，防止脫網;可實現追蹤電網運行，自動分攤功率，阻尼電網電壓和頻率過快波動，對電網有天然友好性、全網唯一頻率運行，真正實現“同步”。

目前有光伏虛擬同步機、風機虛擬同步機、儲能虛擬同步機以及負荷虛擬同步機等幾種應用形式，也有文獻披露在能量路由器和HVDC中的應用。虛擬同步機技術可以很好地解決分布式電源與電網的兼容性問題。

虛擬慣性J的存在：功率和頻率的動態過程中具有了慣性

阻尼系數D的存在：具有阻尼系統功率振蕩的能力訊在

虛擬同步機主要技術特性

①自主有功調頻控制

有功頻率控制即有功頻率下垂控制，根據機端頻率按照下垂曲線調整有功功率輸出，模擬同步機的一次調頻特性。

②自主無功調壓控制

無功調壓控制即無功電壓下垂控制，根據機端電壓按照下垂曲線調整無功功率輸出，模擬同步機的無功電壓調節能力。

③虛擬慣量控制

虛擬慣性控制即模擬同步發電機機轉子機電暫態搖擺過程的控制，利用儲能裝置來緩沖逆變器直流側與交流側的功率不平衡。

④慣量頻率支撐

當高滲透率新能源系統發生較大功率缺額時，需要新能源虛擬同步機模擬傳統同步機對系統頻率的慣量支撐能力，緩解系統頻率下降速率。

⑤虛擬阻尼控制

阻尼控制是模擬同步發電機電氣阻尼特性的控制，通過控制慣量儲能單元存儲或釋放能量等方式實現阻尼振蕩，可以用來阻尼虛擬同步機與系統的機電振蕩，提高動態穩定性。

目前國家電網公司規劃在張北風光儲輸基地開展示范工程建設，建設世界容量最大的虛擬同步機示范工程。

通過對現有風機、的逆變器和控制系統進行改造，新建大容量集中式虛擬同步機，計劃2017年年底建成。虛擬同步機大規模應用后可加快功頻振蕩的平息速度，減輕系統故障對電網電壓、頻率的影響，提升系統暫態穩定水平。

張北虛擬同步機大規模應用后對系統的影響

未來的電力系統在采用虛擬同步機技術后，發電設備和負荷能夠通過內在的同步機制自主交互，在不需要人工調節的情況下就可以實現系統的穩定運行。

虛擬同步機技術改變了原來僅由發電端調節的單向模式，實現了負荷端和發電端的雙向調節模式。

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