電力電子變流器是新能源接入電網的重要方式之一，隨著新能源發電在電網中占比的不斷提高，傳統并網逆變器缺乏慣性和阻尼的問題與電網慣性支撐、一次調頻需求之間的矛盾也日漸突出。在這樣的背景下，虛擬同步發電機（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術在近幾年受到了學術界與工業界的廣泛關注，其被認為是解決這一問題的有效方法。

《虛擬同步發電機技術導則》是虛擬同步發電機技術領域的統領性標準，規定了VSG技術的界定，明確VSG是通過模擬同步發電機組的機電暫態特性，使采用變流器的電源具有同步發電機組的一次調頻、一次調壓、轉動慣量與阻尼響應等外特性的技術。使用了VSG技術的并網逆變器可以具有與傳統同步發電機類似的運行特點，即可參與電網的運行與調節，與傳統同步電源共同維護電網的穩定運行。

目前，大部分與VSG技術相關的文獻著眼于這種解決方案在逆變器上的應用與優化。文獻[7]提出了一種VSG控制模式，以解決現有控制策略在電網頻率波動時無法協調恒功率控制與慣量、阻尼支撐之間關系的問題。文獻[8]對兩種不同的VSG控制策略在實際應用中的優缺點進行了總結與對比，并提出了功率深度利用和光儲協調優化控制策略。

文獻[9]針對微電網慣性低、易受負荷波動致使頻率偏差過大的問題，提出了基于VSG的二次調頻方法，對頻率實現了無差控制。文獻[10]對多能互補微網的特性進行了研究，提出了一種可以實現微網靈活組網的VSG控制策略。文獻[11]提出了一種滿足微網孤島/并網切換的VSG控制策略，同時提出了一種基于控制器狀態跟隨的適應微網并網運行特性的并行切換方法。

文獻[12]提出一種基于虛擬同步發電機運行的逆變器并聯控制方法，使不同額定功率逆變器并聯運行時，功率分配和空載環流抑制滿足需求。文獻[13]提出了一種基于同步發電機機電暫態模型的新型微電網逆變電源，其功率控制器和電壓頻率控制器使得該逆變電源具有功率控制和調頻調壓雙重功能。

將VSG技術引入逆變器控制策略，使得分布式電源也具有了與同步發電機相似的慣性與阻尼，可以像同步發電機一樣在系統頻率變化時為系統提供慣性支撐，減緩一次調頻響應前系統頻率的變化[14]。然而受控制算法中一些非線性部分及PI調節器的影響，逆變器實際輸出的轉動慣量和阻尼可能與給定值有一定的偏差，這將會影響到分布式電源的實際外特性，進而影響慣性支撐的效果。

針對目前VSG研究主要集中于技術應用，而忽略了對使用VSG技術后逆變器實際特性進行測量的情況，文獻[15]提出了一種基于VSG二階非線性模型以及在工作點處線性化的方法，對功率響應向量進行最小二乘擬合求解矩陣系數，進而對設備實際輸出的慣性和阻尼進行辨識。

文獻[16]提出了一種基于發電機負載電壓階躍實驗的轉動慣量仿真辨識方法，并對甩負荷實驗測量轉動慣量的方法進行了介紹。文獻[18]研究了雙饋型風電場等效虛擬慣性時間常數HeqWF的定量表征方法，得到了風電場等效虛擬慣性時間常數的計算方法。

中國電科院于2016年牽頭制訂了光伏和風電VSG技術標準——《單元式光伏虛擬同步發電機技術要求和試驗方法》和《風電機組虛擬同步發電機技術要求和試驗方法》，并對有功調頻、無功調壓、虛擬慣性控制、阻尼控制等給出相關規定。

本文針對采用VSG技術的逆變器，提出了一種基于非線性最小二乘曲線擬合的轉動慣量J與阻尼系數D的測量方法，并通過將兩種實驗方法綜合的方式規避了同步功率取值不準確對于參數測量的影響。利用仿真與實驗的結果對所提方法進行了驗證，證明了測量方法的有效性，為VSG外特性測量提供了一種新的方法。

圖1 VSG主電路結構

圖7 測量流程

結論

本文介紹了虛擬同步發電機控制的基本原理，并基于非線性最小二乘曲線擬合的方法，對并網與離網運行下的VSG進行了建模分析，得到了不同運行工況與阻尼狀態下的數學模型和時域響應函數。定性分析了利用動態響應指標求解轉動慣量與阻尼系數的方法。提出了結合甩負荷實驗與并網加載實驗的綜合測量方法，并通過多組仿真波形與實驗數據驗證了所提測量方法的有效性。

本文所提出的方法對于響應波形因濾波與控制產生的延遲問題，目前需要根據曲線擬合誤差最小值所對應的采樣點對所需擬合數據的起始位置進行手動修正。如何在不影響波形特點的情況下避免隨機波動與噪聲對擬合效果的影響以及消除數據延遲，仍有待進一步研究。