利用风力、太阳能等间歇性可再生能源的分布式发电技术是解决能源问题的重要途径,在分布式可再生能源渗透率较低的情况下无需对输配电网络进行大规模改造,同时大量的可再生能源被就地消纳,提升了电力系统应对负荷增长的能力,延缓对配电网进行升级改造的需求。随着分布式发电技术的大规模应用,分布式可再生能源在电力系统中渗透率的不断提高,由于以电力电子变流器为接口的分布式发电单元不具备同步发电机的惯性和阻尼,导致系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少,此时电力系统容易受到功率波动和系统故障的影响造成系统失稳。分布式虚拟同步发电机能够模拟同步发电机转动惯性及阻尼特性,使得分布式虚拟同步发电机除了能向电网提供电能之外,还能减弱分散的、大规模的分布式发电单元对电网的带来不利影响,为电网提供一定的支撑,为进一步提高可再生能源分布式发电的渗透率提供新的技术路线。分布式虚拟同步发电机接入中低压配电网,接入位置一般处于配电网末端,所处电网环境比较恶劣,例如电网短路故障及电网电压不平衡情况时常发生,此时分布式虚拟同步发电机的运行机制及输出性能,不仅关系到可再生能源的利用率,而且对电网安全稳定运行造成影响。分布式虚拟同步发电机离网运行时,分布式虚拟同步发电机带不平衡负载能力弱,分布式虚拟同步发电机等效输出阻抗以及输电线路阻抗的差异影响功率分配精度及电流环流大小,其不平衡负载控制技术及并联控制技术存在诸多技术难题。因此,研究分布式虚拟同步发电机并网运行时的电网适应性,离网运行时的负载适应性及并联控制技术,不仅关系到其自身的安全可靠运行,同时对于构建高可靠性、高渗透率电力系统具有极其重要的理论研究价值和现实意义。本文在国家国际科技合作专项项目“分布式光伏微网电能质量控制机理及关键技术”,江西省高等学校科技落地计划项目“光伏微网智能控制器关键技术研究”的资助下,对分布式虚拟同步发电机非理想环境适应性及优化控制策略展开研究,研究内容具体包括:并网模式下分布式虚拟同步发电机低电压穿越技术、电网电压不平衡时分布式虚拟同步发电机控制技术,离网模式下分布式虚拟同步发电机带不平衡负载运行控制技术及分布式虚拟同步发电机并联控制技术。主要工作和创新体现在以下几点:(1)综述了分布式发电研究背景、定义和特点,总结归纳了现有分布式逆变电源控制策略,并对虚拟同步控制策略的发展历程和研究现状进行归纳。(2)概述虚拟同步发电机基本原理,对虚拟同步发电机主电路结构及控制策略进行详细介绍,提出了基于同步旋转坐标的电压型虚拟同步发电机电压电流控制环设计方法,为改进型分布式虚拟同步发电机控制技术的提出奠定了基础。改进后的控制策略避免了并、离网运行状态切换时控制策略的切换,并改善了离网及弱电网运行时的电能质量。之后建立虚拟同步发电机小信号模型,利用根轨迹法对虚拟同步发电机稳定性和瞬态响应特性进行分析,并分析惯性系数及阻尼系数对系统性能的影响,最终给出参数整定具体方法。(3)分析配电网短路故障时传统虚拟同步发电机的运行特性,在此基础上,提出分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术。改进的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,引入虚拟阻抗对瞬时输出电流进行限制,并采用同步旋转坐标下的输出电流分序控制,实现电网不对称短路故障时输出电流的三相平衡。稳态运行时,将平均瞬时功率代入传统虚拟同步有功功率环得到恒定的桥臂电压参考值,之后通过参考电压计算环节得到正序机端电压指令值,经过正序电压控制环后得到正序电流指令,同时将负序电流指令值设定为0,分别对正、负序电流指令进行跟踪,改进后的控制策略在保留原有虚拟同步发电机特性基础上,实现电网不对称短路故障时输出电流三相平衡。对虚拟同步控制策略无功功率控制环进行改进,在无功功率控制环中引入PI控制器,提高无功功率响应速度,满足低电压穿越对无功电流注入速度的要求,最后给出满足低电压穿越技术指标的有功功率及无功功率指令值计算方法。改进后的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,不改变虚拟同步发电机机理,在电网发生短路故障时,无需切换控制策略,实现分布式虚拟同步发电机的低电压穿越。(4)针对配电网电压不平衡时分布式虚拟同步发电机输出电流三相不平衡及输出功率存在2倍电网频率波动的问题,提出改进虚拟同步发电机电流分序控制策略,在所提同步旋转坐标下的电流分序控制基础上,根据虚拟同步发电机瞬时功率模型,引入正、负序电流补偿,分别实现输出电流平衡,抑制有功功率2倍电网频率波动,抑制无功功率2倍电网频率波动三个不同控制目标,之后引入优化系数统一了不同控制目标时电流补偿值计算方法,通过优化系数的设置实现控制目标的过渡和相互转化,并实现电网电压不平衡时虚拟同步发电机输出性能的多目标优化控制,提高了分布式虚拟同步发电机对不平衡电网的适应性。(5)对离网模式下分布式虚拟同步发电机带不平衡负载运行特征,并联分布式虚拟同步发电机功率分配特征及电流环流特性进行分析,在此基础上提出同步旋转坐标下结合虚拟复阻抗技术的虚拟同步发电机电压分序控制策略。改进的分布式虚拟同步发电机带不平衡负载控制策略,在同步旋转坐标下对虚拟同步发电机机端电压进行分序控制,由虚拟同步控制策略功率环及参考电压计算环节得到正序电压指令值,并将负序电压指令值设置为0,对正、负序电压分别进行控制,实现虚拟同步发电机机端负序电压的抑制,保证机端电压的三相平衡,并引入负序虚拟复阻抗对负序电流在输电线路上的电压降进行补偿,最终实现负载电压的三相平衡。针对并联分布式虚拟同步发电机功率分配及电流环流问题,提出改进的虚拟同步发电机并联控制技术,首先在无功功率环中引入负载电压负反馈,减小由于电压差造成的功率分配误差,引入积分环节实现无功功率分配与传输阻抗的解耦,之后在同步旋转坐标下通过调整控制参数及引入虚拟复阻抗将传输阻抗设置为感性,降低有功功率及无功功率的耦合,并减小线路阻抗差异对的功率分配及电流环流影响。并从理论层面对控制参数及虚拟复阻抗取值对虚拟同步发电机等效输出阻抗的影响进行分析,最终得到控制环参数及虚拟复阻抗设计原则。结合以上提出的分布式虚拟同步发电机带不平衡负载控制策略及分布式虚拟同步发电机并联控制技术,实现并联虚拟同步发电机带不平衡负载的功率分配及正、负序电流环流抑制。(6)在Matlab/Simulink仿真软件和实验室中分别搭建分布式虚拟同步发电机数字仿真平台和物理实验平台,对相关理论分析及控制策略进行验证,仿真及实验结果表明理论分析的正确性以及所提控制策略在提高并网模式下分布式虚拟同步发电机电网适应性,离网模式下的负载适应性及并联输出性能方面具有良好的支持作用。