《基于虚拟同步发电机的多功能储能变流器研究》.doc

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1、《基于虚拟同步发电机的多功能储能变流器研究》项目总结报告一、项目概况东南大学电气工程学院王建华副研究员与宿迁山亿新能源股份有限公司项目合作承担江苏省产学研前瞻性联合研究项目“基于虚拟同步发电机的多功能储能变流器研究”，项目编号：BY2015070-18，项目起止年限为2015年7月至2017年6月。项目经费共45万元人民币，其中30万来源于省拨款，剩余15万来自东南大学自筹经费。项目主要研究内容包括：1、虚拟同步发电机理论及控制算法实现；2、电网含谐波以及电网不平衡情况下电网同步技术；3、电力电子通用平台技术。二、项目实施情况本项目系东南大学与

2、山亿新能源股份有限公司联合实施，基于双方联合建立的江苏省企业研究生工作站平台，结合前期合作项目基础，共同实施完成，省拨及自筹经费均基本支出完毕。制定的实施计划：1、2015年07月至2015年12月虚拟同步发电机理论建模、分析、算法仿真实现；2、2016年01月至2016年06月锁相环方案验证，电力电子通用控制器平台设计，样机制作；3、2016年07月至2016年12月原理样机实验验证，工程样机设计；4、2017年01月至2017年06月工程样机挂网运行，总结上述理论分析与实验验证结果，形成总结报告；5、2017年07月至2017年12月组织完

3、成验收工作。项目完成情况：1、虚拟同步发电机理论及控制算法实现虚拟同步发电机理论参照同步发电机的经典数学模型，将电力电子网侧变流器模拟同步发电机运行，使电力电子接口变流器具有同步发电机的输出特性，满足其接入电网可靠稳定的运行。本项目针对三相四桥臂的逆变器拓扑结构，提出了一种虚拟同步机控制策略，使逆变器模拟同步发电机调频调压、惯性、励磁特性，并改进了VSG控制方法，加入电压电流双环。针对平滑并网，设计了相位频率调节器与幅值同步调节器。同时，提出了一种针对三相四桥臂VSG离网情况下带不平衡负载的自适应谐振控制方法，降低电压不平衡度。2、电网含谐波以

4、及电网不平衡情况下电网同步技术本项目提出当电网电压不平衡及含有谐波时，利用对称分量法提取出的三相电网电压的正序分量，通过二阶广义积分SOGI避免电网谐波及突变影响，在电网谐波、不平衡、跌落等情况下均能完成与电网同期工作。3、电力电子通用平台技术本项目提出主电路及控制电路不改变，仅改变虚拟同步发电机控制部分算法，实现多功能运行，如SVG无功补偿。本项目同时结合微电网应用背景加入了光伏模块与储能模块，提出一种协调控制策略，适用于多种新能源接入VSG，适应新能源时代的发展要求。预算执行情况：到目前为止，项目经费计划中省拨款、单位自筹资金已按计划到位，

5、项目组所有单位对科技拨款严格按照科技经费开支单位的有关规定，专款专用，有力的支持了攻关项目的实验，保障了攻关项目的顺利完成。具体项目经费的使用情况如下表所示。项目来源江苏省产学研前瞻性联合研究项目项目编号BY2015070-18项目名称基于虚拟同步发电机的多功能储能变流器研究经费投入经费支出来源投入数科目支出数其中：省拨款支出数投入合计45支出合计4529.9878261、省拨款30（一）直接费用42.02937626.9878262、部门、地方配套1、设备费3、承担单位自筹15（1）设备购置费10.124604、其他来源（2）设备试制费（3）

6、设备改造与租赁费2、材料费14.2673214.267323、测试化验加工费4、燃料动力费5、差旅费12.1602767.2433266、会议费0.10.17、国际合作与交流费8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.882180.882189、劳务费4.4954.49510、专家咨询费11、其他支出（二）间接费用33其中：绩效支出00经费结余0.012174三、项目技术情况研究方法及技术路线：本项目的研究采用调研、理论分析、建模计算、仿真验证、样机制作、实验验证路线展开研究及试制。以传统同步发电机模型为参照，分析了将逆变器控制为同步发电机的

7、可行性。结合同步发电机的一次调频调压特性、转矩方程和电磁暂态特性设计了VSG的功率环路，模拟发电机外特性。本项目针对三相四桥臂的逆变器拓扑结构，提出了一种虚拟同步机控制策略，使逆变器模拟同步发电机调频调压、惯性、励磁特性。结合同步发电机并网条件，设计了一种频率相位和幅值同步控制器，实现平滑并网。在静止坐标系与旋转坐标系下建立了系统数学模型，分析其耦合关系，选定在旋转坐标系下功率环后级联电压电流双环，改善动态性能。提出了当电网电压不平衡及含有谐波时，利用对称分量法提取出的三相电网电压的正序分量，通过二阶广义积分SOGI避免电网谐波及突变影响，在电

8、网谐波、不平衡、跌落等情况下均能完成与电网同期。同时，提出了一种针对三相四桥臂VSG离网情况下带不平衡负载的自适应谐振控制方法，降低电压不平衡度。仅改