電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為世界上最大的、最復(fù)雜的人工系統(tǒng)。現(xiàn)在，電力系統(tǒng)的發(fā)展面臨前所未有的挑戰(zhàn)──大量分布式能源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)不斷接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)從由少數(shù)大型發(fā)電站主導(dǎo)的集中式發(fā)電向大量相對(duì)較小的、不兼容的設(shè)備主導(dǎo)的分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變。智能電網(wǎng)是應(yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，其關(guān)鍵是在常規(guī)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入一套通信和信息系統(tǒng)，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率、對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)變能力以及對(duì)環(huán)境的影響，但是這又使每一個(gè)主動(dòng)參與者都有可能被劫持而成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的發(fā)起者。同時(shí)，對(duì)通信系統(tǒng)的過度依賴也會(huì)降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。如何確保具有大量主動(dòng)參與者的未來電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、高效和可靠運(yùn)行是當(dāng)今世界面臨的一大難題。

  為解決這一大難題，國家電網(wǎng)公司國家級(jí)特聘專家鐘慶昌潛心研究多年后于2008年發(fā)明了同步逆變器把電力電子變流器控制成為同步機(jī)，在世界上率先實(shí)現(xiàn)了虛擬同步機(jī)。他隨后立即開始在國內(nèi)宣講虛擬同步機(jī)技術(shù)，先后做了數(shù)十場(chǎng)相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，并從2012年起帶領(lǐng)中國電力科學(xué)研究院配電研究所虛擬同步機(jī)專項(xiàng)項(xiàng)目組開展了一系列相關(guān)研究。

  虛擬同步機(jī)技術(shù)使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、有功調(diào)頻以及無功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆變器從內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制和外部運(yùn)行特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣，能夠促進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng)。

  鐘慶昌主要解決了時(shí)間滯后系統(tǒng)魯棒控制（頻域）的一系列基礎(chǔ)理論問題，將電力電子變流器與同步電機(jī)從數(shù)學(xué)上等價(jià)了起來，提出了同步逆變器（虛擬同步機(jī)的一種）的思想，是虛擬同步機(jī)的主要發(fā)明人，解決了新能源接入電網(wǎng)和逆變器并聯(lián)運(yùn)行的系列關(guān)鍵問題，提出了基于常規(guī)同步機(jī)同步機(jī)制的下一代智能電網(wǎng)的架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的接口統(tǒng)一、機(jī)理統(tǒng)一和全自主運(yùn)行，取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果。

  目前，如果分布式電源脫網(wǎng)處于孤島運(yùn)行，并網(wǎng)逆變器必須轉(zhuǎn)換為電壓控制，難以實(shí)現(xiàn)無縫切換。當(dāng)使用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，無論并網(wǎng)還是孤島運(yùn)行，逆變器均采用同一種控制方式，無需切換，一直具有自我調(diào)節(jié)能力，因此系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

鐘慶昌從控制與系統(tǒng)理論的角度出發(fā)提出了一整套完善的理論與技術(shù)把電力電子變換器控制成為虛擬同步機(jī)，從而達(dá)到電網(wǎng)的接口統(tǒng)一、機(jī)制統(tǒng)一和自主運(yùn)行，充分展示了控制理論、電力電子和電力系統(tǒng)三大學(xué)科的完美融合所帶來的巨大研究和商業(yè)機(jī)會(huì)。

  鐘慶昌自2008年發(fā)明同步逆變器以來在國內(nèi)做了數(shù)十場(chǎng)相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，并從2012年起帶領(lǐng)中國電力科學(xué)研究院配電研究所虛擬同步機(jī)專項(xiàng)項(xiàng)目組開展了一系列相關(guān)研究，經(jīng)過多年的努力，國家電網(wǎng)公司于2016年將虛擬同步機(jī)技術(shù)列入了國家電網(wǎng)公司“十大重點(diǎn)科技創(chuàng)新工程”，并決定在2022年冬奧會(huì)舉辦地張北開展世界上容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程，涉及風(fēng)機(jī)虛擬同步機(jī)435兆瓦、光伏虛擬同步機(jī)12兆瓦以及儲(chǔ)能虛擬同步機(jī)10兆瓦。該示范工程計(jì)劃在2017年底建成，將為虛擬同步機(jī)的推廣和應(yīng)用提供大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

  最近，IEEE電力電子雜志把鐘慶昌的虛擬同步機(jī)技術(shù)作為封面故事向全球介紹，促進(jìn)新能源的大規(guī)模應(yīng)用。

  虛擬同步機(jī)技術(shù)改變了原來僅由發(fā)電端調(diào)節(jié)的單向模式，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷端和發(fā)電端的雙向調(diào)節(jié)模式。例如，普遍使用的空調(diào)在引入虛擬同步機(jī)技術(shù)后，就可以根據(jù)電網(wǎng)的電量來自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的功率。當(dāng)電量不夠時(shí)，空調(diào)能夠自動(dòng)減少用電量，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡。

  所以，未來的電力系統(tǒng)在采用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷能夠通過內(nèi)在的同步機(jī)制自主交互，在不需要人工調(diào)節(jié)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)未來電力系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)更加靈活，虛擬同步機(jī)技術(shù)可以很好地解決分布式電源與電網(wǎng)的兼容性問題，是解決大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)的有效途徑?？梢哉f，雖然未來的電力系統(tǒng)不能杜絕事故的發(fā)生，但可以將事故控制在一定范圍內(nèi)。