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隨著經(jīng)濟和科技的迅速發(fā)展，新能源發(fā)電裝機比例不斷上升。然而，在帶來電能的同時，新能源發(fā)電技術(shù)因引入大量高頻、低慣性的電力電子裝置而給傳統(tǒng)電網(wǎng)造成了較大沖擊。由于虛擬同步機能夠模擬同步電機的阻尼特性，為電網(wǎng)提供適度的慣量支撐，因此該技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。

虛擬同步機技術(shù)是將電力電子裝置按照同步電機的數(shù)學模型進行建模和控制的一種新興變換器控制方法。目前，對虛擬同步機的研究多集中于理想電網(wǎng)情形。虛擬同步機技術(shù)可使電力電子變換器表現(xiàn)出類似同步電機的阻尼和慣量特性，從而促進電源或負荷與電網(wǎng)的友好交互。然而，因?qū)嶋H電網(wǎng)運行工況較為復雜，電網(wǎng)電壓畸變將導致虛擬同步變換器的并網(wǎng)電流發(fā)生嚴重畸變。

為此，南京航空航天大學自動化學院的研究人員徐健、曹鑫、郝振洋、楊奇，在2022年第8期《電工技術(shù)學報》上撰文，提出一種適用于畸變電網(wǎng)下的虛擬同步整流器電流諧波抑制方法。他們首先運用阻抗分析法，研究電網(wǎng)諧波電壓對虛擬同步整流器并網(wǎng)電流的影響機制；其次，基于阻抗分析，提出一種電網(wǎng)諧波電壓前饋的方法，通過增大諧波頻率處的網(wǎng)側(cè)阻抗，削弱電網(wǎng)諧波電壓對并網(wǎng)電流的影響，實現(xiàn)對電流諧波的抑制；最后，采用小信號分析法，研究前饋因子的取值方法，并評估系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能。

圖 虛擬同步整流器實驗平臺實物

研究人員指出，采用本方法后，虛擬同步整流器抑制諧波電流的能力增強。在實驗室諧波種類豐富，THD為2.8%的交流電網(wǎng)輸入下，可將并網(wǎng)電流的THD從16.46%降至3.6%。他們采用小信號分析法研究電網(wǎng)諧波電壓的前饋因子取值范圍，在提升虛擬同步整流器并網(wǎng)電流質(zhì)量的同時可保證其控制的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)具有充足的相位裕度。

另外，研究人員表示，采用電網(wǎng)諧波電壓前饋法提升了虛擬同步整流器在不同電網(wǎng)工況下的適應(yīng)性，完成了20kW功率等級的實驗驗證。仿真和實驗結(jié)果證明了所提控制方法可有效抑制畸變電網(wǎng)情形下虛擬同步整流器的電流諧波，提升控制品質(zhì)，為大功率虛擬同步整流器的實際運用提供了實驗依據(jù)。

本文編自2022年第8期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“基于電網(wǎng)諧波電壓前饋的虛擬同步整流器電流諧波抑制方法”。本課題得到了國家自然科學基金資助項目的支持。