非理想船舶电网下船用虚拟同步发电机并网预同步策略研究

郭 威，汪 恬，徐一鸣，李成亮

(1.武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063；2.山东博奥斯能源科技有限公司，山东 济南 250200)

近年来，随着光伏发电技术不断进步，光伏发电系统逐渐由小型船舶应用拓展到汽车滚装船等大型船舶领域[1]。随着现代船舶自动化设备和电力电子器件在船上的大规模应用，船舶电网的电能质量问题越来越被人们重视。由于电子电力变换器件响应速度非常快，传统逆变控制策略存在一个共同的缺陷，即零惯性和零阻尼特性，因船舶电网容量较小，并网运行时当电网遇到较大扰动，传统控制策略下的并网逆变器容易发生失稳和过载的问题[2]。随着分布式光伏电源接入容量的增加，严重时将会无法并网，不但影响船舶电气负荷的正常工作，甚至会引起设备故障，威胁船员及船舶安全。因此，构建含分布式光伏电源的船舶电力系统的同时必须要保证船舶电网的电能质量。

1 船用VSG并网逆变控制策略

同步发电机一个重要的特性是当电网有功负载增加时，同步发电机将会降低转速，同时调速器根据系统反馈信号调节原动机转速，使机械功率和电磁功率重新达到平衡状态。同步发电机根据有功功率和频率之间的变化关系，通过调节原动机转速以调整发电机功率输出，被称为一次调频特性[3]。根据同步发电机调频调速特性，设计船用虚拟同步发电机(VSG)有功-频率控制器原理示意图如图1所示。图1中，J为转动惯量，1/s为积分环节的传递函数，D为阻尼系数，ωref为系统角频率参考量，ω为实际角频率，Pref为VSG输入功率参考量，Pm为虚拟机械功率，Pe为实际输出功率，Kp定义为有功-下垂系数。……