摘要：储能变流器（PCS）作为储能系统的核心部件，性能直接关系到整个储能系统的效率和稳定性。虚拟同步发电机（VSG）功能作为一种先进的控制策略，赋予了储能变流器模拟传统同步发电机特性的能力，使其在多种应用场景中展现出独特的优势。下面探讨储能变流器中VSG功能的原理，

储能变流器（PCS）作为储能系统的核心部件，性能直接关系到整个储能系统的效率和稳定性。虚拟同步发电机（VSG）功能作为一种先进的控制策略，赋予了储能变流器模拟传统同步发电机特性的能力，使其在多种应用场景中展现出独特的优势。下面探讨储能变流器中VSG功能的原理，并详细阐述其在不同领域的应用。

一、VSG功能原理

1.虚拟同步发电机概述

虚拟同步发电机（VSG）是一种控制策略，它使储能变流器能够模拟传统同步发电机的运行特性。通过这种方式，储能变流器不仅具备了传统同步发电机的惯性和阻尼特性，还能在并网和离网模式下稳定运行，为电力系统提供灵活的功率支持。

2.控制结构及原理

VSG控制结构主要基于下垂控制原理，并在此基础上引入了虚拟惯性和阻尼特性。其核心思想是通过对传统同步发电机的运动方程进行改进，得到适用于电力电子装置的控制方程。具体来说，VSG控制通过模拟同步发电机的转子运动和电磁特性，使得储能变流器能够根据系统频率和电压的变化，自动调整自身的输出功率，从而实现对电网的有效支撑。

3.核心控制模式对比

PQ模式：固定有功/无功输出，不响应电网频率/电压变化（适用于精准功率控制）。

VSG模式：动态响应电网扰动，提供惯性、调频、调压支持（适用于稳定性要求高的场景）。

4.VSG有功-频率控制

在有功-频率控制方面，VSG通过虚拟调频器实现频率调节。它计算实际输出有功功率与额定有功功率之间的差值，进而调节虚拟转矩。这一过程类似于传统同步发电机中的转矩差调节，通过阻尼环节将传统同步发电机的有功方程引入到电力电子装置中，从而得到虚拟同步机的有功调频方程。这样，当系统频率发生变化时，VSG能够迅速响应，调整输出有功功率，以维持系统频率的稳定。

5.VSG无功-电压控制

对于无功-电压控制，VSG借鉴了传统同步发电机的励磁系统原理。它首先计算装置输出端无功功率的大小，然后将无功功率偏差值经过无功下垂系数得到电压偏差值，该值与电压给定值结合后得到电压外环所需的电压参考值。无功下垂系数决定了无功功率变化时的电压偏移量，从而实现了对系统电压的有效控制。在离网模式下，VSG的无功环与下垂控制中的无功环一致，确保了无功功率的合理分配和系统电压的稳定。

二、VSG的关键应用场景
1. 微电网
孤岛运行：离网时独立支撑电压和频率，保障关键负载（如医院、数据中心）持续供电。
并网/离网无缝切换：在并网模式下参与电网支撑，孤岛模式下维持微电网稳定。
2. 高比例可再生能源接入
惯性补充：弥补光伏、风电等新能源的惯性缺失，抑制频率波动。
平滑出力波动：通过虚拟阻尼抑制功率振荡，提升电网接纳可再生能源的能力。
3. 智能配电网与弱电网
动态电压支撑：在配电网末端或弱电网区域，提供无功补偿，改善电压稳定性。
辅助服务参与：通过一次调频、备用容量等功能，提升电网灵活性（如参与电力市场辅助服务）。
4. 并网储能系统
电网稳定性增强：模拟同步发电机特性，参与频率调节（如一次调频、惯量响应）。
故障穿越能力：在电网电压暂降时，通过无功支撑帮助电网恢复（如低电压穿越LVRT）。
5. 应急电源与分布式能源整合
快速响应紧急供电：在电网故障时，作为独立电源支持局部负载（如灾害应急）。
多DER协同控制：实现储能、光伏等分布式资源的协同优化，提升能源利用效率。

三、VSG的技术优势

1. 增强电网稳定性：提供惯性、阻尼和调频调压能力，适应高比例电力电子设备接入的“低惯量电网”。

2. 灵活运行模式：支持并网/离网双模式，适用于微电网、主网等多种场景。

3. 改善电能质量：通过负序补偿和动态控制，减少电压/电流不平衡度，降低谐波畸变。

4. 经济价值提升：通过参与辅助服务（如调频、备用），增加储能系统的收益潜力。

四、实际应用

微电网场景：白天光伏通过PQ模式发电，夜间或孤岛时储能切换至VSG模式，维持电压频率稳定。

并网储能：在电网频率下降时，VSG快速释放功率（惯性响应），抑制频率跌落（如频率从50Hz降至49.5Hz时，储能自动增加有功输出）。

弱电网支撑：在偏远地区，VSG通过无功补偿提升电压稳定性，减少线路损耗。

五、结论
储能变流器中的VSG功能作为一种先进的控制技术，通过模拟传统同步发电机的特性，为储能系统在多种应用场景中提供了强大的支持。从微电网的孤岛运行到智能配电网的灵活调控，从并网储能系统的辅助服务到特殊场景下的独立供电，VSG功能都展现出了其独特的优势和重要作用。

来源：七彩机电知识分享