电网电压跌落发生器原理概述

李富亮 李东伟 尤军锋

摘要：电压跌落发生器（VSG） 是模拟各种类型的电压跌落故障，用于测试风力发电系统设备的低电压穿越能力的一种设备。SVG实现方法有三种形式，阻抗形式VSG、变压器形式VSG、电力电子变换形式VSG，本文在分析三种实现方式优缺点的基础上，论述了电力电子变换形式VSG的工作原理和实现方法。

关键词：风力发电系统；低电压穿越；电压跌落发生器

一、VSG阻抗的形式

用阻抗搭建组成的VSG，跌落电压是采用调节在主电路中串联或者并联这些元件实现。

用阻抗组合搭建的VSG具有的特点为：结构简单、实现方式方便，但电路中的功率会通过这些元件消耗大量的能量，并且功率特别大，因此在选择阻抗器件时，应该选择较大的损耗能量，并且功率大；对于风电系统无功调节、负载无法向电网馈送电能等电压跌落的现象，VSG的阻抗形式无法进行研究，并且负载的变化，需要有相匹配的阻抗相对应，不能有效控制电压跌落的深度，并且能量损耗较大，所以，目前VSG的阻抗形式使用的最少。

二、VSG的变压器形式

VSG的变压器形式，在实现方式有两种，其不同特点主要体现在核心元件变压器上：其中一种是采用变压器具有中心抽头功能形式实现的VSG，另一种是通过组合变压器实现升压降压功能。

由于变压器实现形式的VSG核心元件为变压器，因此VSG的体积和重量由变压器决定，VSG的携带这方面特别不方便。在VSG产生的电压跌落深度方面，变压器为固定变比时，跌落电压的深度不变；当变压器带有中心抽头时，在工艺和设计方面要复杂很多。跟阻抗形式的VSG相比，变压器形式不仅具有实现容易、结构简单、能量损耗小，而且如果变压器采用带中心抽头的，电压跌落的深度可以方便调节等优点。

三、VSG的电力电子变换形式

电力电子发展至今，采用VSG的电力电子变换方案，具有强大的使用功能和非常灵活的组成形式。目前主要的组成形式有交交变频电路的组成形式、交直交变换器形式、交流电力控制电弧形式等。这些组成形式的VSG不仅具有较高的开关频率，而且極大的减小了这些无源器件的体积。电力电子变换形式的VSG不仅降低了重量，而且携带方便，给现场测试创造了有利条件。

VSG中电源采用交流调压架构的电路，如1图所示。开关为双向的开关，通过两组双向的开关搭建而成，对电压实现斩波处理的采用双向的开关1，起到续流功能的为双向的开关2，LC回路构成了低通滤波器，进而输出标准的正弦波电压供负载使用。通过控制这两组开关的相互补充和LC组成的低通滤波器，调节占空比实现不同低落深度的电压。

VSG的交直交变换形式，主要采用DSP或者单片机处理单元。通过核心处理器的控制，输出各种需要的故障波形，电路架构图如图2所示。

经过交直交变换器处理后的电网电压给负载提供电压。整流器可以采用两种实现形式，其中一种是三相不可控整流电流，另一种是整流的电路使用SPWM进行完全的控制；这两种的形式中功率的因数由整流器控制它的输入、保证了电压在直流侧的稳定性。控制整流器输出的电压的大小，输出不同跌落电压的波形，为现场需要提供，不同种类的故障形成电网的电压通过模拟输出，如三相不对称故障、过电压、谐波、欠电压、电压跌落、闪变等。所以交直交形式的变换器功能强大，可以模拟各种故障条件，满足各种风电系统的测试需求，因此这种形式得到了广泛的应用。

VSG的电力电子变换形式，开关器件一般采用功率二极管、IGBT等，但由于这些器件的功率受到制约，功率等级做不大。另外一种开关器件可以选择GTO、IGBT等大功率器件。但是，由于VSG的电力电子变换形式具有独特的优势，电力电子变换的形式在国内外研究的非常广泛。

四、结语

VSG的阻抗形式、VSG的变压器形式、VSG的电力电子变换形式是目前电压跌落发生器的三种实现方式。其中VSG的电力的电子实现形式在功能方面具有非常大的优势，随着科技的发展，电力电子的技术领域的各种模块不断集成化，功率不断增大，必将成为电压跌落发生器发展的主要方向。随着风电技术的发展，风电设备性能不断提高，电压跌落发生器的性能也将随着不断地增强。

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