隨著可再生能源裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行方式正經(jīng)歷著深刻變革。為應(yīng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性與調(diào)節(jié)能力下降的問(wèn)題，一項(xiàng)名為虛擬同步發(fā)電機(jī)（Virtual Synchronous Generator, VSG）的創(chuàng)新控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文將從VSG的概念、技術(shù)原理及其與儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)合展開探討。

一、VSG技術(shù)的產(chǎn)生背景

在以往的集中式電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)是維系電網(wǎng)頻率與電壓穩(wěn)定的“中樞神經(jīng)”。通過(guò)調(diào)速器控制機(jī)械轉(zhuǎn)速以維持頻率穩(wěn)定，通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以保持電壓穩(wěn)定，確保整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行平穩(wěn)。

然而，風(fēng)能、光伏等新能源的大規(guī)模接入改變了這一格局。這些新能源發(fā)電方式普遍采用電力電子接口，與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比缺乏慣性和調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致電網(wǎng)在受到擾動(dòng)時(shí)更容易出現(xiàn)頻率和電壓波動(dòng)。

單純依靠增加新能源和儲(chǔ)能的裝機(jī)容量，并不能從根本上解決這一問(wèn)題。要讓儲(chǔ)能真正承擔(dān)“發(fā)電機(jī)”的角色，就必須具備調(diào)頻、調(diào)壓的能力，這正是VSG技術(shù)發(fā)揮作用的地方。

二、VSG的工作原理

VSG技術(shù)的核心思想是利用電力電子裝置和先進(jìn)的控制算法，讓逆變器“模仿”同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械和電磁動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)這種方式，電力電子設(shè)備可以像傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)一樣為電網(wǎng)提供慣性支撐和調(diào)節(jié)能力。

主要功能包括：

1. 模擬慣性響應(yīng)：在電網(wǎng)頻率發(fā)生快速波動(dòng)時(shí)，VSG通過(guò)控制策略提供虛擬慣性，減緩頻率偏移。
2. 調(diào)頻功能：VSG可以根據(jù)頻率變化自動(dòng)調(diào)整有功功率輸出，實(shí)現(xiàn)類似于發(fā)電機(jī)的調(diào)頻作用。
3. 調(diào)壓功能：通過(guò)控制輸出電壓幅值和相角，VSG能在局部電網(wǎng)中維持電壓穩(wěn)定。
4. 功率調(diào)節(jié)：VSG能夠靈活分配有功與無(wú)功功率，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

按照控制結(jié)構(gòu)的不同，VSG可分為電壓控制型和電流控制型兩種架構(gòu)，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。

三、VSG與電化學(xué)儲(chǔ)能的結(jié)合

儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其是鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，響應(yīng)速度快、控制精度高，是實(shí)現(xiàn)VSG功能的理想載體。VSG技術(shù)賦予儲(chǔ)能系統(tǒng)“發(fā)電機(jī)屬性”，使其在電網(wǎng)中具備同步發(fā)電的特征。

在微電網(wǎng)中，每臺(tái)儲(chǔ)能變流器（PCS）都能通過(guò)VSG算法模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式：

“虛擬調(diào)速器”負(fù)責(zé)頻率控制；

“虛擬勵(lì)磁器”維持電壓穩(wěn)定。

多臺(tái)VSG儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，就像多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)共同轉(zhuǎn)動(dòng)，形成穩(wěn)定的虛擬同步網(wǎng)絡(luò)，為區(qū)域或孤網(wǎng)提供可靠供電。

四、VSG儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景

VSG與電化學(xué)儲(chǔ)能的深度融合，不僅提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值，還為電網(wǎng)穩(wěn)定與新能源消納提供了新思路。其主要優(yōu)勢(shì)包括：

1. 超快響應(yīng)：電池儲(chǔ)能可在毫秒級(jí)響應(yīng)VSG指令，為電網(wǎng)提供瞬時(shí)功率支撐。
2. 智能能量管理：VSG控制策略可優(yōu)化電池充放電曲線，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命并提升效率。
3. 提升新能源消納能力：通過(guò)動(dòng)態(tài)電壓與頻率支撐，促進(jìn)風(fēng)電、光伏等間歇性能源的平滑并網(wǎng)。
4. 市場(chǎng)化運(yùn)作潛力：具備VSG功能的儲(chǔ)能系統(tǒng)可參與調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)市場(chǎng)，獲取新的經(jīng)濟(jì)收益。

虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)的出現(xiàn)，使儲(chǔ)能系統(tǒng)不再只是“電能倉(cāng)庫(kù)”，而是成為維系電網(wǎng)穩(wěn)定的重要“虛擬發(fā)電機(jī)”。隨著新能源比例持續(xù)攀升，VSG與儲(chǔ)能的結(jié)合將成為未來(lái)智能電網(wǎng)和微網(wǎng)系統(tǒng)中的核心支撐技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)高比例清潔能源接入提供關(guān)鍵保障。