虛擬電機技術應用前景和發展方向

孔祥平， 馮 暢， 丁 昊， 史明明， 袁宇波， 張宸宇

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2. 南京磐能電力科技股份有限公司，江蘇 南京 210031；3. 國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

虛擬電機技術應用前景和發展方向

孔祥平1， 馮 暢2， 丁 昊3， 史明明1， 袁宇波1， 張宸宇1

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2. 南京磐能電力科技股份有限公司，江蘇 南京 210031；3. 國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

隨著高壓大容量電力電子技術的迅速發展，越來越多的電力電子設備將投入運行，電力電子化已成為電力系統發展的必然趨勢。但是，電力系統電力電子化程度的不斷加深使系統相對慣量、阻尼下降，不利于電力系統的安全穩定運行。虛擬電機技術可以使電力電子設備模擬傳統旋轉電機慣量和阻尼特性，解決電力電子化電力系統所面臨的安全穩定問題。文中主要介紹了虛擬同步電機和虛擬直流電機技術的基本原理，并描繪了虛擬電機技術在光伏和風力發電、電力電子式變壓器、柔性交直流輸電和負荷響應控制等方面的應用前景，最后對虛擬電機技術的發展方向進行了探討。

電力電子化電力系統；虛擬電機；虛擬慣量；阻尼特性

0 引言

隨著高壓大容量電力電子技術的迅速發展，電力電子設備在電力系統發電、輸電和配用電等環節中得到了廣泛的應用，主要體現在以下幾個方面：(1) 發電。風電、光伏等新型發電技術幾乎都需要依賴電力電子換流器接入電網。基于“經濟-能源-環境”協調發展的戰略需求，可再生能源發電占比將不斷提高，并逐步取代傳統火力發電[1, 2]。(2) 輸配電。傳統高壓直流輸電逐漸成為遠距離、大容量電力輸送的常規手段[3]，而新型柔性直流輸電也在區域電網互聯、海上風電并網等領域得到工程應用[4]。基于電力電子換流器的柔性交流輸電技術也越來越普遍地得到應用[5]。(3) 配用電。分布式電源、儲能、電動汽車及其他電力電子設備大量接入，固態照明、變頻調速等節能技術將使大多數常規負載電力電子化[6]。

同時，作為由分布式電源、儲能系統、能量轉換裝置、監控和保護裝置及負荷等匯集而成的小型發、配、用電系統，交、直流微電網可以作為獨立運行的自治區域接入配電系統。既可以并網運行，也可以孤立運行，是提高對分布式電源的接納能力和利用效率的一個有效途徑[7, 8]。因此，交、直流微電網技術得到了快速的發展，并將逐步得到應用。

電力電子技術的廣泛應用極大地完善了電網性能，提高了電網運行效率，滿足了電網對自動化和信息化的巨大需求。在加快智能電網建設步伐的今天，越來越多的電力電子設備將投入運行，電力電子化已成為電力系統發展的必然趨勢。

在傳統電力系統中，同步電機、直流電機的轉子具有機械轉動慣量，蘊含大量動能，在電網發生擾動或故障時，能夠利用轉子的動能與電網進行能量交換，以維持電網的穩定性。并且，旋轉電機的阻尼特性也可抑制電網的頻率振蕩[9]。然而，相對于傳統電機，電力電子設備的響應速度非常快，且自身沒有傳統電機所固有的旋轉慣量和阻尼分量，因此電力電子化的電力系統中大量接入的幾乎無慣量和阻尼的電力電子設備給電力系統的安全穩定運行帶來了巨大的挑戰[10]。

虛擬電機技術是一種使得柔性交直流輸電設備、可再生能源發電、電動汽車、儲能等電力電子設備可以模擬出類似旋轉電機所具有的旋轉慣量和阻尼特性的換流器控制技術[10]，為解決電力系統電力電子化程度不斷加深所面臨的一系列挑戰提供了新的思路和解決方案。本文將介紹虛擬電機技術的基本原理，分析虛擬電機技術的典型應用場景，并進一步展望虛擬電機技術的發展方向。

1 虛擬電機技術的基本原理

1.1 傳統旋轉電機的慣性和阻尼

電動機可以認為是發電機的一種“逆變換”。因此，下文主要以發電機為例對傳統旋轉電機的慣性和阻尼進行介紹。

同步發電機與直流發電機的轉子機械特性方程相同，如式(1)所示。

式中:Tm,Te分別為機械轉矩和電磁轉矩;Pm,Pe分別為機械功率和電磁功率;D為阻尼系數;J為轉子轉動慣量;θ為電角度;ω為實際電角速度;Δω=ω-ωn為電角速度差;ωn為額定電角速度。

從式(1)可以看出，由于轉子運動方程中轉動慣量J和阻尼系數D的存在，傳統旋轉電機在電網電壓、頻率擾動以及負荷波動過程中具有對機械慣性和阻尼功率振蕩的能力，有利于電力系統的安全穩定運行。

1.2 虛擬同步發電機技術

以光伏逆變電源為例，介紹虛擬同步發電機(VSG)的結構框架和控制策略。逆變電源和傳統同步發電機的對應關系如圖1所示。

圖1 光伏逆變電源與同步發電機之間的對應關系Fig.1 Relationship between PV inverter and synchronous generator

對比圖1所示，光伏逆變電源和同步發電機之間存在一一對應的關系：光伏陣列可以等效為同步發電機的原動機；儲能及其雙向變換器對應原動機和同步發電機的轉動慣量；三相兩電平逆變器對應同步發電機的機電能量轉換過程；逆變器橋臂中點的平均輸出電壓可以等效為同步發電機的內電勢；逆變器濾波電感和寄生電阻可以分別等效為同步發電機的定子電感和電阻[12-14]。

為了使得光伏逆變電源模擬出傳統旋轉電機的慣性和阻尼，其VSG控制策略如圖2所示[10, 12-22]。

圖2 VSG控制策略Fig.2 Control diagram of VSG

在圖2中，Pset,Qset分別為有功功率和無功功率的給定;Pfed和Qfed分別為有功功率和無功功率的反饋(即實測值)；Dp,Dq分別為虛擬的頻率下垂系數和電壓下垂系數;ω為VSG的角頻率;ωn為額定角頻率；Un為額定電壓有效值;Ufed為VSG的實側機端電壓；J為虛擬轉動慣量;θ,Em分別為三相調制波的相位和幅值。

傳統同步發電機通過對機械轉矩的調節，調節發電機的有功輸出，從而實現對電網頻率偏差的響應；通過調節勵磁調節其無功輸出及機端電壓。相對應地，在圖2中，可以通過對式(2)中VSG的虛擬機械轉矩Tm_virtual的調節，實現光伏逆變電源對電網頻率的響應。

(2)

類似地，可以通過調節VSG模型的虛擬電勢Em來調節機端電壓和無功功率。

2.2 虛擬直流發電機技術

以光伏直流電源為例，介紹虛擬直流發電機(VDCG)的結構框架和控制策略。光伏直流電源[23]和傳統直流發電機之間的對應關系如圖3所示。

圖3 光伏直流電源與直流發電機之間的對應關系Fig.3 Relationship between PV DC/DC converter and DC generator

對比圖3所示，光伏直流電源和直流發電機之間存在一一對應的關系：光伏陣列可以等效為直流發電機的原動機；儲能及其雙向變換器對應原動機和直流發電機的轉動慣量；DC/DC換流器對應直流發電機的機電能量轉換過程；換流器輸出電壓可以等效為直流發電機的感應電動勢；濾波電感和寄生電阻可以分別等效為直流發電機的電樞電感和電阻。

為了使得光伏直流電源模擬出傳統旋轉電機的慣性和阻尼，其VDCG控制策略如圖4所示。

圖4 VDCG控制策略Fig.4 Control diagram of VDCG

在圖4中，Uset為機端電壓的給定；Du為虛擬下垂系數；Φ為磁鏈;Eref為感應電動勢的參考值。

上述VSG技術和VDCG技術均是針對電源提出的虛擬發電機技術，以使得基于電力電子器件的電源可以模擬傳統旋轉發電機的慣性和阻尼特性。同樣的，為了使基于電力電子器件的可調負荷可以參與電網交互、響應電網電壓和頻率擾動、提高電網穩定性，可以采取相應的虛擬電動機技術，其基本原理與虛擬發電機技術類似，僅在具體實現上(如：在虛擬電動機技術中，模擬調速系統性能時應為Tm-Te)存在一定區別，不再贅述。

虛擬發電機技術和虛擬電動機技術統稱為虛擬電機技術。

2 虛擬電機技術的應用前景

虛擬電機技術可以使得基于電力電子器件的電源和可控負荷模擬出傳統旋轉電機的慣性和阻尼特性，從而有效地響應電網電壓和頻率波動，提高電網的穩定性。因此，在電力系統電力電子化程度日益加深的未來，虛擬電機技術具有廣闊的應用前景。

2.1 光伏電源的虛擬同步發電機技術

一方面，受外界光照強度變化的影響，在最大功率跟蹤(MPPT)控制策略下的光伏電源出力具有明顯的間歇性和隨機性。不僅會對電網電壓穩定性帶來不利的影響，也會引起電網頻率的波動[24]，甚至可能會導致電力系統崩潰，造成大面積停電事故。另一方面，光伏電源通過逆變器與電網接口，在常規控制策略下，嚴格跟蹤電網頻率，且響應迅速，缺乏傳統同步發電機所具有的慣量和阻尼特性[25, 26]。隨著并網容量的不斷增長，尤其是應用于微電網這種容量較小的系統中時，光伏電源的接入將導致電網動態特性變差，穩定裕度降低。

針對此，國內外學者提出了多種光伏電源的VSG控制方案[10, 12-22, 27-31]，其虛擬慣量和阻尼的實現原理大體與圖2相同。VSG使得光伏電源可以模擬出同步發電機特性，從而有效應對光伏電源大規模接入帶來的電網安全隱患問題，這對于光伏發電技術的發展和應用具有重要意義。

為了模擬傳統同步發電機的慣量，不具備儲能特征的光伏電源需要配置一定容量的儲能裝置。對于分布式光伏電源，可在其直流母線或并網出口處配置儲能裝置；對于集中式光伏電站，為了提高VSG改造的經濟性和可靠性，應在并網出口處集中配置儲能裝置。儲能裝置不僅可以提供光伏陣列所不能提供的差額功率，實現VSG控制，也可以平抑光伏電源的功率波動。

2.2 風電機組的虛擬慣量和阻尼控制

目前風電場中的主力機型——雙饋感應發電機(DFIG)和直驅永磁風力發電機(PMSG)的MPPT控制策略使得風力機的轉速和電網頻率之間不再存在耦合關系。當電網有功功率和頻率擾動時，風電機組仍然遵循MPPT的控制指令向電網輸送功率，不能響應電網的動態變化，無法提供慣性支持[32]。同時，風電機組的有功功率輸出也對電網功率振蕩沒有任何響應措施，缺乏對系統功率振蕩的抑制能力。因此，國內外的風電場中不同程度和不同類型的(次同步、超同步)振蕩問題時有發生，特別是在風電滲透率較高的區域電網中尤為突出。通過改進現有風電機組的控制策略，增加其慣量和阻尼特性，對風電滲透率較高的區域電網的安全運行具有重要意義。

國內外學者對DFIG和PMSG的虛擬慣量控制開展了研究，提出了基于MPPT的附加慣量控制[32-35]和基于MPPT曲線優化的虛擬慣量控制[36-38]等多種實現方案，使得風電機組可以根據電網頻率變化來釋放或儲存轉子動能，從而為電網有功擾動提供動態頻率支撐，改善風電場接入電網后降低系統慣量的不利影響。針對上述控制策略中風電機組在提供動態頻率支撐的同時無法實現MPPT的問題，文獻[39]建議在風電場并網處安裝儲能裝置，并提出利用儲能裝置補償風電場慣量的控制策略。文獻[40, 41]提出了一種風電機組的基于有功、無功附加控制的阻尼控制策略，可使系統功率振蕩迅速衰減，改善系統的阻尼特性。進一步地，文獻[42, 43]分別提出了包含虛擬慣量和阻尼控制在內的風電機組綜合電力系統穩定器(PSS)控制策略和DFIG的虛擬同步發電機控制，同時模擬了傳統同步發電機組的慣量和阻尼特性。

2.3 電力電子式變壓器的虛擬電機控制

文中將電力電子變壓器(PET)[44]和DC/DC直流變壓器[45]及能量路由器[46]等統一定義為電力電子式變壓器。電力電子式變壓器可以整合各種交直流分布式電源、儲能和負荷，具有更加靈活的輸電方式，實現更高的電力系統安全穩定性。因此，電力電子式變壓器可以滿足智能電網的各種新要求，在交直流混聯電壓和能源互聯網及直流電網中具有廣闊的應用前景[47]。

電力電子式變壓器是實現電能轉換和分配的核心器件，可有效地增強其慣量和阻尼特性，有利于提高電力電子化電力系統的安全穩定運行能力。以能源路由器為例，文獻[48]不僅提出了一種交直流混合、工頻隔離、交直流模塊化的能量路由器拓撲結構，還提出了交流側接口的VSG和直流側接口的VDCG控制策略。基于所提出的虛擬電機控制策略，能量路由器能夠虛擬傳統電網中的慣量和阻尼，提升系統的穩定性；所提出的VDCG控制策略能有效地實現混合直流接口(Boost型和Buck-Boost型)的能量分配控制。

2.4 虛擬電機技術在柔性交直流輸電中的應用

2.4.1 柔性直流輸電

隨著高壓大功率絕緣柵雙極型晶體管、多電平拓撲結構和控制技術的發展和成熟，基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術得到了迅猛發展。與傳統直流輸電技術相比，柔性直流輸電技術具有可獨立調節有功和無功功率、無需濾波及無功補償設備、可向無源負荷供電、潮流翻轉時電壓極性不改變等優勢。因此，柔性直流輸電在海上風電并網、多端直流輸電、直流電網中得到了廣泛應用，國內外均有大量已投運的柔性直流輸電工程[49, 50]。

然而，柔性直流輸電使得外部的兩端或多端交流電網之間實現了動態解耦，導致外部交流電網之間無法相互提供慣量和阻尼支撐，不利于整個電力系統的安全穩定運行。

針對此，文獻[51]提出一種柔性直流輸電系統聯網和孤島運行的通用控制策略，可實現交流側頻率-有功功率和直流側有功功率-直流電壓的下垂控制，且可與交流電網的一次調頻和二次調頻相配合。文獻[52, 53]分別提出了多端柔性直流輸電和雙端柔性直流輸電的VSG控制方案，有效提高了系統動態響應性能(阻尼增大、超調減小)和穩定裕度。文獻[54]針對海上風電場采用柔性直流輸電接入陸上電網的技術方案，提出利用直流側電容和風電機組轉子動能模擬同步發電機慣量的協同控制策略，可有效抑制同步電機轉子振蕩和風機隨機性出力帶來的系統頻率波動，提高系統穩定性。

2.4.2 柔性交流輸電

柔性交流輸電技術能夠起到提升電網可控性和安全性、均衡電網潮流、提高電網暫態、熱穩定輸送極限及為電網提供動態無功支撐等作用[55]。因此，近年來可控串補、統一潮流控制器[56]、靜止同步補償器(STATCOM)等柔性交流輸電設備在電網中的應用越來越普遍。

為了在電網的安全運行中充分發揮柔性交流輸電設備靈活可控的特點，國內外學者提出了多種可抑制電力系統振蕩和提高系統安全性的柔性交流輸電設備附加阻尼控制策略[57-60]。進一步地，文獻[61]提出可通過VSG控制使得STATCOM模擬傳統同步發電機的慣量和阻尼。VSG控制技術不僅可以有效發揮柔性交流輸電設備對電網的慣量和阻尼的支撐作用，也為多柔性交流輸電設備之間的協調控制[62, 63]提供了新的思路。

2.5 負荷虛擬同步機

電網中的同步電動機負荷具備同步機制，能自主參與電網調整，應對暫態和動態穩定問題。借鑒該思路，通過負荷虛擬同步機技術，大量通過換流器并網的典型負荷具備需求側調節能力、一定的慣性和阻尼特性，甚至故障穿越能力，無疑將有益于電網的穩定，同時也有益于日益增長的一類敏感負荷供電穩定性和電能質量改善。

以電動汽車為例，在能源緊缺、環境污染和全球氣溫上升等多重壓力下，具有節能和減排優勢的電動汽車得到了快速發展和廣泛應用[64, 65]。但是，電動汽車的普及和充電樁的快速建設給電網安全運行和電能質量等方面帶來了不利影響[66]。首先，受電動汽車類型、充電方式和用戶行為的影響，其充電行為具有隨機性、間歇性，大量電動汽車的集中快速充電將給電網帶來較大的沖擊；其次，電動汽車充電需要采用整流器或DC/DC換流器，這些換流器在工作時會產生大量的諧波，給電網帶來諧波污染。針對此，基于高頻隔離型PWM整流電路，文獻[67]提出一種交流接口方案采用虛擬同步電機技術的電動汽車快充解決方案。在該方案中，和電網連接的交流接口采用虛擬同步電機控制策略，不僅可減小充電負荷電流的畸變程度，且可模擬傳統同步電機的慣量和阻尼特性，為電網提供必要的電壓和頻率支撐。同時，采用虛擬同步電機技術的充電樁還具有與電網間交互、需求側響應等高級功能。

負荷虛擬同步機是虛擬同步機技術的重要組成部分，可提高地區負荷在電壓暫降、頻率突變等異常情況下的自適應調節能力，加強負荷對電網的感知和參與能力，是構建“源-網-荷”集成優化系統和自主電力系統的關鍵技術，更是當前充分挖掘需求側資源，實現電能替代、構建有機融合“互聯網+”智慧能源網絡等先進理念的重要底層技術之一。

綜上所述，虛擬電機技術在集中式風光消納、分布式電源并網、柔性交直流輸電系統性能提升以及可控負荷主動參與電網調節等場合均有廣泛的應用前景，是解決電力系統電力電子化進程中所面臨的諸多技術難題的有效途徑。

3 虛擬電機技術的發展方向

虛擬電機技術為解決電力系統電力電子化所帶來的慣量和阻尼減小等安全穩定運行問題提供了解決思路。目前國內外學者已開展了大量虛擬電機技術的研究工作，并取得了豐碩的成果。但是，現階段虛擬電機技術的發展和應用仍存在體系化和標準化等主要問題亟待解決，這也是虛擬電機技術今后的發展方向。

3.1 虛擬電機技術的體系化

虛擬電機技術的現有研究目標主要是如何在電網電壓正常且三相平衡的情況下實現電力電子設備的虛擬電機化運行，從而模擬出傳統旋轉電機的慣量和阻尼特性。但是，電力電子設備與傳統旋轉電機的區別不僅在于其慣量和阻尼較小，也在于其承受過電壓、過電流的能力較差。因此，如何在電網異常和故障情況下保證電力電子設備的運行安全(如：要求風電和光伏等電力電子設備具有低/零電壓故障穿越和高電壓故障穿越等能力)[68-70]，是電力電子設備虛擬電機技術需要解決的關鍵問題和發展方向之一。

目前電網異常或故障情況下VSG運行控制方面的研究尚處于起步階段，僅有少量文獻進行了探討。文獻[71]提出了電壓暫降情況下的VSG控制策略，提高了VSG的低電壓穿越能力；文獻[72]則提出了基于負序電流抑制的VSG平衡控制方法，可在電網電壓不平衡時有效控制VSG輸出三相平衡電流。

然而，在電網非全相運行和短路故障等更為復雜的電網運行狀態下，現有虛擬電機控制策略難以適用，也尚未有文獻對電網故障情況下虛擬電機的故障穿越運行控制技術進行研究。因此，就目前來說，尚無一個形成完整體系的、可適用于電網所有運行狀態下電力電子設備控制的虛擬電機技術，這是虛擬電機技術進一步發展和工程應用所必須解決的關鍵技術問題之一。

此外，故障特征是繼電保護鑒別和隔離故障設備或元件的重要依據，而電力電子設備的故障特征又取決于其采用的故障穿越運行控制策略。因此，電網異常運行、故障狀態下虛擬電機技術的研究不僅是推動虛擬電機技術體系化進程和工程應用的重要工作，也是在電力電子設備虛擬電機化運行的背景下構建新型電網繼電保護系統的基礎。

為了形成完整的、體系化的虛擬電機技術，需要從以下幾個方面對電網異常或故障情況下虛擬電機的故障穿越運行控制策略開展進一步研究。(1) 在電網短路故障、非全相運行或其他異常情況下，虛擬電機會出現并網電流畸變、輸出有功功率和無功功率振蕩等問題。因此，在虛擬電機的故障穿越運行控制策略方面，應當根據應用場合的不同，提出電網異常或故障情況下虛擬電機的運行控制目標，如限制輸出電流、保障三相輸出電流平衡、抑制功率波動等。(2) 進一步分析穩態虛擬電機技術在電網異常或故障情況下所存在的問題及原因。(3) 根據故障穿越運行的控制目標，有針對性地提出改進措施，保證電網異常或故障情況下虛擬電機的運行安全。

3.2 虛擬電機技術的標準化

虛擬電機技術的標準化包含控制參數標準化、接口標準化和管理標準化等多方面內容。雖然在虛擬電機的接口標準化和管理標準化等方面均存在大量問題值得深入探討[73]，但本文主要從技術角度出發，關注虛擬電機技術控制參數標準化方面的內容。這是因為虛擬電機技術控制參數，即虛擬慣量和阻尼系統的整定不僅關系到儲能裝置類型和容量的選擇，也與復雜電力電子環境下多虛擬電機的協同控制與穩定運行密切相關。

在電力電子設備的傳統控制策略中，一般按照提高控制系統動態響應速度或抗擾動能力等原則設計和調整控制器參數，且形成了相應的標準化指導方法。但是，虛擬電機技術的控制目標不同于傳統控制策略，顯然無法直接套用傳統控制器參數整定方法；且其對電力電子設備虛擬慣量和阻尼的要求也不同于傳統旋轉電機對慣量和阻尼系數的要求[57]。因此，無法根據傳統旋轉電機慣量和阻尼的大小來指導虛擬電機技術控制參數的整定。

針對此，國內外學者在虛擬電機技術控制參數整定方面開展了相應的研究工作，文獻[16, 57, 74-77]分別給出了風電場等效虛擬慣性時間常數DFIG的虛擬慣量、儲能裝置的虛擬慣量和阻尼系數以及柔性直流輸電和逆變電源的虛擬慣量和阻尼系數的整定方法。但是上述控制參數整定方法都是從不同電力電子設備自身角度出發，沒有形成通用的整定計算規程。另外，對于虛擬電機技術而言，其目的是使得電力電子設備模擬出傳統旋轉電機的慣量和阻尼特性，并自發、主動地參與電網電壓和頻率調節，使電力電子設備成為更加友好的設備。因此，虛擬電機技術更需要關注電力電子設備模擬出來的虛擬慣量和阻尼大小對電力系統穩定性和動態性能的影響。

因此，在虛擬電機技術控制參數標準化方面，亟需從系統全局穩定性和動態性能等角度出發，研究多虛擬電機之間、虛擬電機與電網之間的關聯耦合和互相激勵的機理，研究復雜電力電子環境下電力系統的動態行為；進而開展電力電子設備虛擬電機技術控制參數整定的深化研究工作，形成相應的標準化整定規程；從而實現多虛擬電機的協同控制和穩定運行，確保復雜電力電子環境下電力系統的運行安全，并指導儲能裝置的容量配置。

4 結語

虛擬電機技術是一種使得電力電子設備模擬傳統旋轉電機慣量和阻尼特性的新型換流器控制技術。虛擬電機技術為解決電力系統電力電子化程度不斷加深而引起的系統相對慣量、阻尼下降和電網安全穩定裕度減小等問題提供了新的思路，有望成為換流器的主流控制技術，具有廣闊的應用前景。

本文主要介紹了虛擬同步電機和虛擬直流電機技術的基本原理，并從虛擬電機技術在光伏和風力發電、電力電子式變壓器、柔性交直流輸電和負荷響應控制等方面的應用出發，對現有研究成果進行了綜述，展望了虛擬電機技術的廣闊應用前景。同時，探討了虛擬電機技術的發展方向，以期為虛擬電機技術的進一步發展和推廣應用提供參考。

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(編輯方 晶)

Application Prospective and Development Trends of Virtual Generator Technology

KONG Xiangping1, FENG Chang2, DING Hao3, SHI Mingming1, YUAN Yubo1, ZHANG Chenyu1

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China;2. Nanjing Panneng Technology Development Co. Ltd., Nanjing 210031, China;3. State Grid Jiangsu Electric Power Maintenance Branch Company, Nanjing 211102, China)

With the development of high voltage and large capacity power electronic technology, more and more power electronic devices have been put into operation. Hence, the future power system must be the power system with presence of massive power electronic devices, which is defined as power electronics based power system. However, with the large scale integration of the power electronic devices, the inertia and damping ratio of the power system is decreasing, adversely impact the safe and stable operation of the power system. The virtual generator technology can make the power electronic device emulate the inertia and damping feature of the conventional rotating machine, and help to address the safe and stable issues faced by the power electronics based power system. The basic principles of the virtual synchronous generator and virtual DC generator are described in this paper. Moreover, the application prospective of virtual generator technology in PV generator and wind plant, power electronic transformer, flexible AC and DC transmission, as well as load response and control is introduced. Finally, the development trends of the virtual generator technology are discussed.

power electronics based power system; virtual generator technology; virtual inertia; damping feature

孔祥平

2017-04-07；

2017-05-23

國家電網公司科技項目(適應高滲透率分布式電源接入的配電網繼電保護技術研究)

TM46

：A

：2096-3203(2017)05-0035-10

孔祥平(1988—)，男，江西上饒人，博士，工程師，從事電力系統保護與控制工作，電力電子設備在電力系統中的應用研究工作(E-mail：kongxphust@163.com)；

馮 暢(1977—)，男，江蘇南京人，碩士，工程師，從事繼電保護技術及其應用工作；

丁 昊(1987—)，男，江蘇南京人，碩士，

工程師，從事電力系統保護與控制，電力系統自動化；

史明明(1986—)，男，江蘇南京人，高級工程師，從事電能質量工作；

袁宇波(1975—)，男，江蘇丹陽人，博士，研究員級高級工程師，從事電力系統繼電保護研究工作；

張宸宇(1989—)，男，江蘇揚州人，博士，從事微網電能質量治理工作。