学术简报︱基于虚拟同步发电机控制的T型三电平并网逆变器研究
微电网中的分布式电源大多需要通过逆变器实现并网，然而传统的控制算法只考虑响应速度和响应精度，并没有考虑类似同步发电机的惯性特征，因而会对电网带来较大冲击。
为增加基于逆变器接口的新能源对保持电力系统稳定所需的惯性，本文借鉴同步发电机的转子运动方程、调频特性及无功调节特性，提出基于虚拟同步发电机的T型三电平并网逆变器控制策略；最后利用Matlab/Simulink仿真平台，验证了所提控制策略的有效性。
随着社会的发展，能源减少及环境污染问题越来越引起人们的关注。传统化石能源已经不能满足人们的需要，以清洁能源为主要能源的分布式发电受到了前所未有的重视。大部分分布式能源需要通过逆变器并入电网，由此可见逆变器在清洁能源应用中的核心地位。
与传统电网中的同步发电机相比，逆变器容量更小、响应速度更快、控制更灵活，但是几乎没有转动惯性和阻尼分量，无法参与电网调节，不能为稳定性较差的微电网提供必要的电压和频率以及阻尼作用。
就逆变器而言，常见的控制策略有基于dq坐标系解耦控制和下垂控制。解耦控制主要应用在并网逆变器控制中，其优点在于能实现有功和无功的解耦控制，但采用解耦控制时，逆变器没有阻尼分量和转动惯性，且不容易实现离网运行。
下垂控制主要用于离网逆变器的控制，其在功率分配中取得良好效果，但在并网模式下，利用其模拟出的发电机下垂特性，可能会带来较大的暂态电流冲击，且其为系统提供惯性和阻尼以支撑电网的能力难有定论。
目前已有不少学者对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术开展了深入研究。有学者首次提出虚拟同步发电机的概念，通过模拟同步发电机（synchronous generator, SG）的外部特性来达到控制逆变器输出电流的目的，其实质是将逆变器视作受控电流源，此种控制策略不能运行在孤岛或离网模式。
这些研究内容主要集中在两电平逆变器VSG控制策略本身，而在拓展VSG应用范围上的研究很少。作为一种应用在电力系统中的电力电子装置，VSG在借鉴SG的同时，还应尽可能地发挥电力电子装置的优势，比如从两电平电路应用到三电平电路中，相比于传统的两电平电路而言，它输出波形更接近正弦波，所含谐波分量低，而且相比于二极管钳位型（I型）三电平，所需功率器件更少，开关损耗更低，并网质量更高。
本文首先分析T型三电平并网逆变器的工作特点，再分析VSG控制的原理；然后提出基于VSG的T型三电平并网逆变器控制策略，将VSG控制策略应用到T型三电平逆变器中，更大程度地发挥电力电子装置的优势和储能装置的作用；最后搭建基于VSG控制的T型三电平并网逆变器Matlab/ Simulink仿真模型。
仿真结果表明，采用VSG控制策略的T型三电平逆变器，既具有一定的惯性，同时还能保留T型三电平逆变器的优点。
图2 基于VSG控制的T型三电平逆变器结构图
为解决可再生能源大规模并网对电网带来的冲击问题，本文通过分析VSG控制方法，针对性地将其应用在T型三电平并网逆变器上，并通过仿真验证了所采用的控制策略能够很好地改善频率响应特性和有功功率响应特性。