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随着分布式发电技术的发展,分布式能源渗透率不断提高,导致电力系统缺乏惯性与阻尼特性,对电力系统的稳定运行带来严重的影响。而虚拟同步发电机技术通过模拟同步发电机的静态及动态特性,能够使分布式发电单元具有惯性和阻尼特性,为电力系统提供一定的支撑作用,为此其对于构建可靠的电力系统具有重要的意义。本文主要针对单台虚拟同步发电机不能兼顾功率和频率的动态调节性能,多台虚拟同步发电机并联带不平衡负载时的电压不平衡、功率分配、环流等问题进行研究。针对固定惯量时虚拟同步发电机输出有功功率振荡、频率的动态响应时间过长问题,研究了基于自适应惯量的虚拟同步发电机控制策略。首先在下垂控制的基础上引入同步发电机内部特性,得到虚拟同步发电机控制策略,随后对其进行建模分析,给出虚拟同步发电机整体控制策略。其次通过分析虚拟同步发电机中固定惯量对其输出功率及频率的动态响应过程的影响,引入了一种基于自适应转子惯量的虚拟同步发电机控制策略。在虚拟同步发电机框架中给出了下垂阻尼系数、初始转子惯量以及惯性补偿系数等关键系数的设计,实现转子惯量的实时调节,改善虚拟同步发电机输出频率及有功功率的动态响应特性。针对并联系统带不平衡负载运行时所存在的电压均衡、功率均分以及环流抑制问题,研究了不平衡负载下的虚拟同步发电机控制策略。通过基于二阶广义积分器(SOGI)的正负序分离的方法可以得到正负序电压,对所得到的正序电压和负序电压进行分序控制。在正序dq轴坐标下,正序电压为直流量,而负序电压为2倍基波频率的交流量,引入准比例谐振控制器(QPR)来实现对负序电压的抑制,并对QPR控制器相关参数进行设计,提升虚拟同步发电机带不平衡负载能力。通过对线路阻抗不一致时的并联系统进行分析,存在无功功率分配以及正负序环流问题。在正、负序电压环分别加入基于SOGI的正、负序虚拟复阻抗,改进电压电流环,减小线路阻抗差异的对功率分配的影响,并实现有功和无功功率的解耦。采用负载端电压反馈控制,减少因为线路阻抗差异导致的电压差,进一步改善功率分配以及环流抑制。最后通过在Matlab/Simulink平台搭建虚拟同步发电机仿真模型,仿真结果验证了相关理论以及控制策略的有效性和可行性。