圖4 是采用晶閘管作為雙向開關的單相VSG跌落實驗波形，圖4(a)中Ch1為電壓跌落控制信號，圖4(b)中Ch1 為帶阻性負載時的輸出電流波形，Ch2為輸出電壓波形。圖4(a)顯示了電壓跌落控制信號和輸出電壓波形，當跌落發生時，輸出電壓有效值從220 V 跌至22 V，跌落至額定電壓的10%左右，電壓在過零點銜接的很好，沒有出現電壓中斷、電壓尖峰等，跌落持續時間為300 ms;跌落控制信號為低有效，可以看到跌落啟動時控制信號Q1 產生一個下降沿，之后輸出電壓的過零點，電壓發生了由高到低的切換，實現了電壓跌落;同樣恢復時控制信號Q1 的上升沿產生之后，輸出電壓在過零點發生由低到高的切換，實現了電壓恢復。當跌落發生及恢復時，輸出電壓銜接較好，過零點沒有電壓畸變，也沒有出現電壓中斷電壓尖峰等，相對圖3輸出波形質量有很大改善，但是切換均發生在電壓或電流的過零點，因此對三相VSG會出現相間跌落不同步的問題。

　　

?

　　圖5 是采用IGBT 作為雙向開關的三相VSG跌落實驗波形，對15%-200 ms 電壓跌落情況進行實驗，圖中Ch1 為跌落控制信號(圖中顯示幅值即為真實值)，跌落控制信號為高有效，Ch2、Ch3、Ch4 分別為a、b、c 三相輸出相電壓(圖中顯示值與真實值的關系為1:40)。圖5 中分別給出了單相跌落、兩相跌落、三相跌落及三相跌落局部放大的實驗波形，從實驗波形看，輸出電壓可以有效響應跌落控制信號，輸出電壓波形跌落及恢復處銜接良好，沒有電壓中斷、尖峰等問題，可以對電壓跌落發生及恢復的時刻進行控制;調節變壓器變比，可以方便地得到需要的電壓跌落深度，可以靈活地得到任意相及持續時間的電壓跌落。相對以上兩種雙向開關方案，使用IGBT作為雙向開關，既能獲得良好的輸出電壓波形，又能方便地模擬各種類型的電壓跌落故障，同時又具有變壓器形式的VSG 的優勢，控制簡單，能夠為驗證風電機組的低電壓穿越能力提供了更為有利的試驗條件。

　　

?

　　3.2 基于全功率變流器的VSG實驗結果

　　根據前面所述基于全功率變流器的VSG 的工作原理，構建了實驗樣機，雙DSP 控制，功率器件采用IGBT，電網側變流器用來實現網側單位功率因數控制及穩定直流側電壓，負載側變流器用來實現電壓跌落。

　　圖6 為基于全功率變流器的三相VSG 跌落實驗波形，Ch1、Ch2、Ch4 分別為a、b、c 三相輸出電壓，圖6(a)與圖遠(b)分別對應跌落50%和15%。從波形中可以看到，跌落發生時三相電壓過渡比較平滑，但是存在一定的波動，電壓跌落深度較大時，電壓波動更嚴重一些;在電壓恢復時刻，某相電壓會出現尖峰，并且隨電壓跌落深度的增加，尖峰的幅值也有變大的趨勢。需要對控制進行優化來解決這些問題。基于全功率變流器的VSG控制靈活，功能強大，可以方便地模擬各種類型的電網電壓跌落故障，還可以模擬其他類型的電網電壓故障，反應速度快，能夠滿足不同測試場合的需求，但是成本較高，控制復雜。

　　

?

　　4 結語

　　采用繼電器作為雙向開關的VSG，由于受接觸器、繼電器等器件物理特性的限制，動作時間較慢，實現電壓跌落時可能會出現電壓中斷、電壓尖峰等，會對被測試設備產生不良影響;采用晶閘管作為雙向開關的VSG，電壓跌落波形銜接良好，但是只能在電壓或電流過零點實現切換，適合于單相VSG，應用于三相VSG 時會出現相間切換不同步的問題;采用全控器件IGBT作為雙向開關的VSG，可以方便地模擬單相、兩相或三相電壓跌落故障，可以實現跌落相位的精確控制，并能獲得輸出電壓的良好銜接，電壓跌落及恢復處沒有出現電壓中斷、電壓尖峰等。基于全功率變流器實現的VSG功能強大，但是控制復雜，自身抗電壓、電流沖擊能力有限，可靠性低。因此，從以上多種VSG實現方案的比較中，基于變壓器和可控器件IGBT構成的雙向開關實現的VSG是優選方案。