隨著可再生能源裝機規模的不斷擴大以及電力系統數字化轉型的深入，傳統電網運行方式正經歷著深刻變革。為應對電網穩定性與調節能力下降的問題，一項名為虛擬同步發電機（Virtual Synchronous Generator, VSG）的創新控制技術應運而生。本文將從VSG的概念、技術原理及其與儲能系統的結合展開探討。

一、VSG技術的產生背景

在以往的集中式電力系統中，同步發電機是維系電網頻率與電壓穩定的“中樞神經”。通過調速器控制機械轉速以維持頻率穩定，通過勵磁系統調節勵磁電流以保持電壓穩定，確保整個電網運行平穩。

然而，風能、光伏等新能源的大規模接入改變了這一格局。這些新能源發電方式普遍采用電力電子接口，與傳統同步發電機相比缺乏慣性和調節能力，導致電網在受到擾動時更容易出現頻率和電壓波動。

單純依靠增加新能源和儲能的裝機容量，并不能從根本上解決這一問題。要讓儲能真正承擔“發電機”的角色，就必須具備調頻、調壓的能力，這正是VSG技術發揮作用的地方。

二、VSG的工作原理

VSG技術的核心思想是利用電力電子裝置和先進的控制算法，讓逆變器“模仿”同步發電機的機械和電磁動態特性。通過這種方式，電力電子設備可以像傳統發電機一樣為電網提供慣性支撐和調節能力。

主要功能包括：

1. 模擬慣性響應：在電網頻率發生快速波動時，VSG通過控制策略提供虛擬慣性，減緩頻率偏移。
2. 調頻功能：VSG可以根據頻率變化自動調整有功功率輸出，實現類似于發電機的調頻作用。
3. 調壓功能：通過控制輸出電壓幅值和相角，VSG能在局部電網中維持電壓穩定。
4. 功率調節：VSG能夠靈活分配有功與無功功率，根據系統狀態動態響應。

按照控制結構的不同，VSG可分為電壓控制型和電流控制型兩種架構，以適應不同應用場景。

三、VSG與電化學儲能的結合

儲能系統，尤其是鋰電池儲能系統，響應速度快、控制精度高，是實現VSG功能的理想載體。VSG技術賦予儲能系統“發電機屬性”，使其在電網中具備同步發電的特征。

在微電網中，每臺儲能變流器（PCS）都能通過VSG算法模擬同步發電機的運行方式：

“虛擬調速器”負責頻率控制；

“虛擬勵磁器”維持電壓穩定。

多臺VSG儲能系統并聯運行時，就像多臺同步發電機共同轉動，形成穩定的虛擬同步網絡，為區域或孤網提供可靠供電。

四、VSG儲能系統的優勢與應用前景

VSG與電化學儲能的深度融合，不僅提升了儲能系統的價值，還為電網穩定與新能源消納提供了新思路。其主要優勢包括：

1. 超快響應：電池儲能可在毫秒級響應VSG指令，為電網提供瞬時功率支撐。
2. 智能能量管理：VSG控制策略可優化電池充放電曲線，延長系統壽命并提升效率。
3. 提升新能源消納能力：通過動態電壓與頻率支撐，促進風電、光伏等間歇性能源的平滑并網。
4. 市場化運作潛力：具備VSG功能的儲能系統可參與調頻、調峰等輔助服務市場，獲取新的經濟收益。

虛擬同步發電機（VSG）技術的出現，使儲能系統不再只是“電能倉庫”，而是成為維系電網穩定的重要“虛擬發電機”。隨著新能源比例持續攀升，VSG與儲能的結合將成為未來智能電網和微網系統中的核心支撐技術，為實現高比例清潔能源接入提供關鍵保障。