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题目：基于有功微分补偿的分布式压缩空气储能VSG自适应控制策略研究

作者：胡浩，陈晓弢，陈生仓，麻林瑞，陈来军，梅生伟

关键词：分布式压缩空气储能；虚拟同步发电机；转动惯量；阻尼系数；自适应控制

研究背景

在“双碳”目标的大背景下，以光伏、风电为代表的新能源在电力系统中的装机占比不断攀升。然而，新能源发电具有波动性和间歇性的特点，给电力系统的安全稳定运行带来了较大挑战。压缩空气储能（CAES）凭借其容量大、寿命长、成本低等显著优势，成为了提升新能源发电电能质量和可控性的重要选择。由于分布式CAES系统通过电力电子变流器接入电网时，其弱惯量特性导致输出频率对负荷变化极为敏感，严重影响了微电网的频率支撑能力。针对此问题，伟德体育备用网址 研究团队，在《电气工程学报》2024年第4期发表了题为《基于有功微分补偿的分布式压缩空气储能VSG自适应控制策略研究》的论文。该研究提出了一种新的控制策略，为分布式CAES系统更好地接入微电网并提升其频率支撑能力提供了有效的解决方案。

创新点

1. 引入有功微分补偿环节

在传统虚拟同步发电机（VSG）控制策略的基础上，加入了有功微分补偿环节。通过这一改进，能够有效抑制频率振荡，提升系统的稳定性。

图1 有功微分补偿VSG有功频率控制框图

2. 基于热力学参数的自适应控制

为了实现CAES系统输出功率的平稳输出，研究团队分析了CAES透平发电机的热力学状态参数，如膨胀温度、质量流量等。在此基础上，提出了一种基于有功微分补偿前馈的转动惯量（J）和阻尼系数（DP）自适应控制策略。该策略能够根据微电网的实际需求，动态调整控制参数，使CAES系统在快速响应负荷变化的同时，保持良好的稳定性，有效抑制了输出功率的波动性。

图2 J自适应控制流程图

3.仿真验证与对比分析

在Matlab/Simulink软件搭建了仿真模型，并以青海大学新型多元储能技术试验平台的压缩空气储能子系统高速透平发电机参数为例进行了仿真验证。仿真结果表明，采用改进的VSG自适应控制策略后，系统的频率响应性能得到了明显改善。与传统恒参数VSG控制和传统VSG自适应控制相比，改进后的策略在系统发生功率扰动时，频率偏差减少了0.6 rad/s，调节时间缩短了0.3秒，超调量降低了1.9%，有功功率输出的平滑度、响应速度以及超调量等方面都表现出了显著的优势。

                                                                 

图3三种不同控制方式下的有功功率输出曲线                      图4 三种不同控制方式下的角频率曲线

应用价值

该研究成果为分布式CAES系统接入微电网提供了一种新的控制策略，具有以下应用价值：

1. 提升微电网频率稳定性：通过有效抑制频率波动，为微电网的安全稳定运行提供了有力保障。

2. 提高CAES系统运行效率：基于热力学参数的自适应控制策略，使CAES系统能够更好地适应不同的运行工况，提高了能量转换效率。

3. 推动新能源消纳：增强了CAES系统与新能源发电的协同工作能力，有助于提高新能源的消纳水平。

研究团队介绍

本研究由伟德体育备用网址 胡浩、陈晓弢副教授（通信作者）等合作完成。研究得到了国家自然科学基金联合基金的资助（项目编号：U22A20224）。

作者简介：胡浩，男，2000年生，硕士研究生。主要研究方向为新型储能并网技术。

陈晓弢，男，1982年生，副教授。主要研究方向为储能技术与应用。

结语

该研究提出的基于有功微分补偿的分布式压缩空气储能VSG自适应控制策略，为解决分布式CAES系统接入微电网时的频率稳定性问题提供了新的解决方案。通过仿真验证，该策略在抑制功率波动、提升系统稳定性等方面表现出了优异的性能，具有广阔的应用前景。未来，研究团队将进一步深入开展相关研究，推动该技术的工程应用，为实现“双碳”目标和构建新型电力系统做出更大的贡献。