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摘 要

电网辅助服务是维持电力系统稳定运行的一种重要调节手段。在电力市场中，由于新能源发电的迅速发展，使得分布式电源激增，加剧了电力系统运行的不稳定性，因此迫切需要采取电网辅助服务来保证电力系统的稳定性。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator ,VSG）其通过模拟同步发电机的工作特性，通过母线电压和频率的反馈以此完成对有功功率和无功功率等的实时调节，自动完成并网操作，无需监控系统实时调节。本文主要先阐释电网辅助服务的发展现状及未来展望。接着简要介绍了同步发电机的工作原理。然后分析了虚拟同步发电机的设计原理。最后设计虚拟同步发电机的主电路框架图，并用MATLAB/Simulink软件搭建虚拟同步发电机的仿真模型。

关键词：辅助服务；虚拟同发电机；储能技术；频率调节

Research on energy storage operation control technology for grid auxiliary service

Abstract

Grid auxiliary service is an important regulation means to maintain the stable operation of power system. In the power market, the one-sided pursuit of economic benefits may lead to the unstable operation of the power system, so it is urgent to adopt grid auxiliary services to ensure the stability of the power system. Virtual Synchronous Generator (VSG) through the simulation of traditional Synchronous Generator characteristics, to achieve grid-connected control, according to the grid voltage and frequency change automatically adjust the output of active and reactive power, automatically complete the grid-connected operation, without real-time monitoring system regulation. This paper first explains the development status. Then the working principle of synchronous generator is introduced briefly. Then the design principle of virtual synchronous generator and the existing technical scheme of virtual synchronous generator are analyzed. Finally, the frame diagram of the main circuit is designed, and the simulation model of the virtual synchronous generator is built with MATLAB/Simulink software.

Keywords: Ancillary services; Virtual co-generator; Energy storage technology; Frequency regulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1电网辅助服务 1

1.1.1调频辅助服务 1

1.1.2备用辅助服务 1

1.1.3黑启动辅助服务 1

1.1.4无功辅助服务 1

1.2电网辅助服务的现状 1

1.3电网辅助服务未来发展趋势 3

第二章 同步发电机 4

2.1同步发电机的基本工作原理 4

2.2同步发电机的基本型式 4

2.3同步发电机的空载特性与电枢反应 4

2.4同步发电机的频率及电压控制原理 5

2.5同步发电机的功率方程与转矩方程 5

第三章 虚拟同步发电机 7

3.1虚拟同步发电机的主电路 7

3.2虚拟同步发电机的有功调节辅助服务 8

3.3虚拟同步发电机的无功调节辅助服务 9

3.4 SVPWM调制算法 10

3.5虚拟同步发电机技术方案 12

3.5.1电流控制型虚拟同步发电机技术 12

3.5.2电压控制型虚拟同步发电机技术 13

第四章 MATLAB/Simulink仿真 15

4.1仿真模型 15

4.2滤波器的参数设计 15

4.3控制设计 16

4.3.1功率控制器仿真 16

4.3.2三相调制波仿真 16

结论 18

致谢 19

参考文献 20

1. 绪论

1.1电网辅助服务

辅助服务是指由发电机组提供的频率控制（一次调频、AGC）、备用、黑启动、调峰、无功调节和其他安全措施等服务，以保证正常的电力生产的稳定，以确保市场上的电能损耗的质量。其主要分类如下：

1.1.1调频辅助服务

频率是针对电力系统运行的重要质量指标。它是电力系统中有功电力供需平衡的基本状态的一种反应。当电力系统频率发生变动时，通过调整发电和负荷管理来使得频率得以恢复^[1][1]。

1. 一次调频：电力系统的有差调节。当电力系统频率降低或者升高时，一次调频自动响应，机组自动加大油门（阀门）。
2. 二次调频：辅助频率调制是电力系统的无差调节，主要消除一次调频后出现的偏差。只有安装了特定调频设备的机组（Automatic Generation Control）才能承担。
3. 三次调频：三次调频是完成电力系统的经济最优化运行。在满足电力系统频率质量和安全的前提下，以最优化原则在各发电厂之间进行分配。

1.1.2备用辅助服务

（1）可靠性备用（旋转备用和快速启动机组）：当电力系统发生故障时，供求关系不相匹配，备用发电机组可以在10分钟内提供迫切需要的发电燃料，以恢复供求关系，达到负载跟踪服务的宗旨。

（2）非旋转备用（运行备用）：备用发电机组可以在30分钟内达到满负荷运作，包括可间断负荷与发电机容量，以此来达到恢复可靠性备用水平的目的。

1.1.3黑启动辅助服务

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