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,f f L C 分别为滤波电感和电容；g L 为电网与VSG 之间的电感图A1 电压控制型VSG 等效电路Fig.A1 Equivalent circuit of voltage-controlled VSG图A2 电压控制型VSG 控制框图Fig.A2 Control scheme of voltage-controlled VSG图A3 电流控制型VSG 等效电路Fig.A3 Equivalent circuit of current-controlled VSG图A4 电流控制型VSG 控制框图Fig.A4 Control scheme of current-controlled VSGFig.B1 Fault currents of conventional renewable energy and voltage-control VSGFig.B2 Fault currents of conventional renewable energy and current-control VSG图C1 风电VSG-同步电机仿真系统示意图Fig.C1 Wind VSG and synchronous generator system图C2 8m/s）Fig.C2 Comparisons of frequency nadirs under different penetration levels with and without wind frequency support图C3不同风速情况下，风电VSG和风电不调频系统频率偏差最低点对比（新能源占比20%）Fig.C3 Comparisons of frequency nadirs under different wind speeds with and without wind power frequency support。
第26卷㊀第12期2022年12月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.26No.12Dec.2022㊀㊀㊀㊀㊀㊀虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略王继磊,㊀张兴,㊀朱乔华,㊀韩峰,㊀付新鑫(合肥工业大学可再生能源接入电网技术国家地方联合工程实验室,安徽合肥230009)摘㊀要:虚拟同步发电机(VSG )通过模拟同步发电机的运行特性,主动参与并网点电压支撑和电网频率调节,可有效提高电力电子化电力系统的稳定性㊂当电网故障时,VSG 存在与同步发电机类似的功角失稳问题,此时传统的小信号稳定性分析理论已不再适用㊂针对这一问题,首先建立VSG 的数学模型,采用相平面法解析VSG 的暂态功角轨迹,研究电压跌落深度㊁控制参数和有功出力水平对VSG 暂态稳定性的影响,考虑阻尼情况下,根据扩展等面积法分析了VSG 的暂态稳定边界条件;然后,提出一种电网故障期间自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,降低有功功率不平衡,在电网严重故障期间确保稳态工作点的存在,提高系统的暂态稳定裕度;最后,通过基于RT-LAB 的半实物仿真平台验证理论分析的正确性和控制策略的有效性㊂关键词:虚拟同步发电机;电网故障;暂态稳定性;功角失稳;暂态控制策略DOI :10.15938/j.emc.2022.12.004中图分类号:TM46文献标志码:A文章编号:1007-449X(2022)12-0028-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-01-07基金项目:国家自然科学基金(51937003)作者简介:王继磊(1997 ),男,博士研究生,研究方向为新能源并网系统的暂态稳定性;张㊀兴(1972 ),男,教授,博士生导师,研究方向为分布式发电及其电力电子化稳定控制技术;朱乔华(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为储能系统及其虚拟同步发电机控制;韩㊀峰(1997 ),男,博士研究生,研究方向为储能系统及其虚拟同步发电机控制;付新鑫(1999 ),女,博士研究生,研究方向为分布式发电及其电力电子化稳定控制技术㊂通信作者:王继磊Transient stability analysis and control strategy of virtualsynchronous generatorWANG Ji-lei,㊀ZHANG Xing,㊀ZHU Qiao-hua,㊀HAN Feng,㊀FU Xin-xin(National and Local Joint Engineering Laboratory for Renewable Energy Access to Grid Technology,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)Abstract :The virtual synchronous generator (VSG)can effectively improve the stability of the power e-lectronic power system by simulating the operating characteristics of the synchronous generator and active-ly participating in the voltage support of the grid connection point and the frequency regulation of the grid.When the power grid fails,the VSG has the same power angle instability problem as the synchro-nous generator.At this time,the traditional small-signal stability analysis theory is no longer applicable.In order to solve this problem,the mathematical model of VSG is first established.Based on this,the phase portrait method was used to analyze the transient power angle trajectory of VSG,and the effects of voltage sag depth,control parameters,and active power output level on VSG transient stability were stud-ied.According to the extended equal area method,the transient stability boundary conditions of VSG con-sidering damping were given.Then,a transient control strategy that adaptively adjusts the active power reference value during grid faults was proposed to reduce the active power imbalance,ensure the exist-ence of steady-state operating points during severe grid faults,and improve the transient stability marginof the system.Finally,the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the control strat-egy were verified by the hardware-in-the-loop simulation platform based on RT-LAB. Keywords:virtual synchronous generator;grid fault;transient stability;power angle instability;transient control strategy0㊀引㊀言随着以光伏㊁风电为代表的新能源并网比例不断攀升,传统电流控制型并网逆变器低惯性㊁欠阻尼的特征给电力系统带来的稳定性影响已不可忽视[1]㊂虚拟同步发电机(virtual synchronous genera-tor,VSG)通过模拟同步发电机的运行特性,主动参与并网点电压支撑和电网频率调节,有望在高比例新能源并网系统中发挥重要作用[2]㊂VSG提供电压㊁频率支撑的前提是VSG能够稳定并网运行㊂文献[3]建立了VSG的功率闭环小信号模型,并给出了控制参数的设计方法㊂文献[4-5]采用谐波线性化方法对VSG的输出阻抗进行建模,分析了VSG的序阻抗特性,研究了VSG与弱电网的交互稳定性问题㊂文献[6]建立了VSG的时域状态空间小信号模型,研究了控制参数㊁线路参数和滤波器参数等对系统稳定性的影响㊂然而,这些研究忽略了VSG的非线性特性,当系统工作点发生较大改变时,难以适用于系统暂态稳定性的评估㊂相较于对小信号稳定性的充分研究,并网逆变器受到大信号干扰下的暂态稳定性问题尚在不断探索㊂文献[7-8]借鉴同步发电机的暂态稳定分析方法讨论了并网逆变器的暂态稳定性,提出相应的暂态控制方法㊂文献[9-10]研究了在电流限幅作用下,下垂控制型逆变器遭受大扰动时退化成电流控制型逆变器导致暂态失稳,提出一种带有电流限幅的并网逆变器暂态稳定性评估方法㊂文献[11]指出由于并网逆变器与同步发电机的实际动态特性不同,采用等面积判据分析逆变器暂态稳定性得到的结论存在偏差㊂文献[12-14]利用李雅普诺夫函数对并网逆变器进行暂态稳定性分析,然而非线性系统的李雅普诺夫函数一般较难被构造㊂上述文献在分析并网逆变器的暂态稳定性时,均未考虑控制参数㊁有功出力水平对VSG暂态稳定性的影响㊂文献[15]利用相平面法对不同控制策略的并网逆变器暂态稳定性进行分析,并讨论了控制器增益对暂态稳定性的影响㊂文献[16]提出一种针对直接电压式VSG的虚拟电阻和相量限流方法,有效抑制电网对称短路故障引起的电流冲击,却未考虑VSG 的暂态稳定性㊂文献[17]提出一种基于暂态功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法,假设功角在故障期间不发生改变,但考虑到VSG的功率响应特性,实际功角会有所增加㊂本文以VSG作为研究对象,采用相平面法分析电网故障下VSG的暂态稳定性,研究电压跌落深度㊁控制参数和有功出力水平对VSG暂态稳定性的影响,并讨论VSG暂态稳定的边界条件㊂在此基础上,提出一种根据电网故障程度自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,降低有功功率不平衡,从而避免暂态失稳㊂最后通过半实物仿真验证所提暂态控制策略的有效性㊂1㊀VSG的数学模型VSG主电路如图1(a)所示㊂图中:L f和C f分别为LC滤波器的电感和电容;L g是电网阻抗;V pcc㊁E g 和V r分别为PCC电压㊁电网电压和桥臂侧输出电压;U dc是直流侧电压;i表示输出电流㊂图1㊀VSG的主电路和控制框图Fig.1㊀Main circuit and control block diagram of VSG图1(b)为VSG的控制框图,P ref和P e分别为有功功率参考值和瞬时有功功率;Q ref和Q e分别为无功功率参考值和瞬时无功功率;J为虚拟惯性;D p和92第12期王继磊等:虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略D q 分别为有功功率下垂系数和无功功率下垂系数;ω和ωN 分别代表VSG 角频率和电网额定角频率;V 和V N 分别为VSG 电压幅值和电压参考值;i dref 和i qref 为电压控制环输出的电流参考值,e rabc 是调制波电压㊂由于电压电流内环的动态响应远快于功率环,在功率环时间尺度下将电压电流内环视为具有理想跟踪性能的单位增益,即V pcc 为电压幅值(V )和输出相位(θ)的合成[15]㊂由图1可知有功㊁无功功率环的控制方程分别为:㊀㊀J d ωd t=P ref -P e +D p (ωN -ω);(1)㊀㊀㊀V =V N +D q (Q ref -Q e )㊂(2)对式(1)进行拉普拉斯变换可得到ω=1Js +D p (P ref-P e +D p ωN )㊂(3)定义VSG 的功角为δ,其表达式为d δd t=ω-ωN ㊂(4)将式(4)代入式(3)中,式(3)化为δ㊃=D p Js +D p ωN +1Js +D p (P ref-P e )㊂(5)图2为VSG 并网运行时的等效电路图,其中Z VSG 为VSG 的输出阻抗㊂VSG 的输出外特性等效成幅值为V ,相位为δ的电压源㊂图2㊀VSG 的等效电路图Fig.2㊀Equivalent circuit diagram of VSG由图2可得到VSG 的输出功率为:㊀㊀㊀㊀P e =32E g V sin δX g;(6)㊀㊀㊀㊀Q e =32V 2-E g V cos δX g㊂(7)式中X g =ωL g ㊂考虑到有功回路和无功回路之间的交叉耦合,将式(7)代入式(2),此时V 的表达式为V =V N +D q (Q ref-32V 2-EV cos δX g)㊂(8)由式(8)可以得到V 关于δ的关系为V =1.5D q E g cos δ-X g3D q+(X g -1.5D q E g cos δ)2+6D q X g (V N +D q Q ref )3D q㊂(9)根据式(9)可以发现,当电网故障时,VSG 的输出电压不是恒定值,其受到功角㊁电网电压幅值㊁无功下垂系数和电网阻抗等因素的影响㊂2㊀VSG 的暂态稳定性分析等面积判据被广泛应用在同步发电机的暂态稳定性分析,但由于VSG 与同步发电机相比,其阻尼系数是可控的,当阻尼系数过大时,使用等面积判据分析VSG 暂态稳定性得到的结果不准确[11]㊂因此,本节采用相平面法对VSG 的暂态稳定性影响因素进行分析,结合相平面法所得数值解,通过扩展等面积法给出了暂态稳定的边界条件㊂2.1㊀相平面法相平面法是研究一阶㊁二阶非线性系统的一种图像方法,其主要思想是在相平面上根据初始条件绘制非线性系统的运动轨迹,从而研究非线性系统的稳定性和动态性能㊂设二阶非线性系统为x ᵡ=f (x ,x ᶄ)㊂(10)式中f 是x (t )和x ᶄ(t )对应的非线性函数㊂相平面图如图3所示,当x ᶄ(t )>0时,x (t )不断增加㊂当x ᶄ(t )<0时,x (t )不断减小㊂即在上半平面中,工作点沿相轨迹向x 轴正方向移动,上半部分相轨迹箭头向右,下半平面相轨迹箭头向左,也就是说,相平面图在相轨迹上总是按顺时针方向运动的㊂只有当x ᶄ(t )=0时,系统工作在稳定状态,否则系统工作点将持续变化㊂图3㊀相平面图Fig.3㊀Phase portrait3电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第26卷㊀2.2㊀VSG 暂态稳定性的影响因素电网发生短路故障导致电网电压跌落,VSG 有功功率输出减小㊂由式(5)可知,VSG 功角将持续增大直至δᶄ(t )=0,因此VSG 在遭受大干扰情况下的会出现类似传统同步发电机的功角失稳㊂为了避免这一状况,首先分析VSG 暂态稳定性的影响因素㊂由将式(6)代入式(5)进一步可得δ㊃㊃=-D p J δ㊃+1J (P ref -3E g sin δ2X g (1.5D q E g cos δ-X g 3D q+(X g -1.5D q E g cos δ)2+6D q X g (V 0+D q Q 0)3D q))㊂(11)由式(11)可以得到VSG 受到大扰动后的相平面图㊂图4展示了电压跌落深度对VSG 暂态稳定性的影响,a 点表示故障前系统的稳态工作点,b 点和c 点代表系统在不同程度电网故障后的稳态工作点㊂当电网电压跌落至0.6pu和0.4pu 时,功角先增大后减小,最终分别收敛至b 点和c 点,系统稳定㊂随着电网电压进一步降低至0.2pu,P ref >P emax =1.5EV /X g ,VSG 不存在稳态工作点,δᶄ(t )始终大于0,VSG 暂态失稳㊂图4㊀电网电压跌落深度对VSG 相平面图的影响Fig.4㊀Influence of grid voltage drop depth on VSGphase portrait在图5中电网电压跌落至0.4pu,图5(a)中J 分别为0.02和0.05kg㊃m 2时,功角从0.26rad 增加到1.11rad,不同J 的VSG 在故障前后有相同的稳态工作点㊂但J 的增大导致功角超调量增大,影响系统到达稳态工作点的动态过程㊂当J =0.1kg㊃m 2时,δᶄ(t )>0,功角持续增大,VSG 不能到达稳态工作点,从而暂态失稳㊂D p 对VSG 暂态稳定性的影响如图5(b)所示,正常工况下VSG 稳定运行在a 点,当D p =30时,故障后VSG 到达b 点,功角基本无超调㊂D p 减小至20时VSG 虽然最终到达b 点,但功角超调量增加㊂当D p 进一步减小至10时,功角持续发散,VSG 发生暂态失稳㊂图5(c)表明即使电网电压跌落深度相同,随着D q 的变化,VSG 的稳态工作点会发生变化,由式(6)和式(9)可知这是因为D q 的变化影响了VSG 的输出电压㊂随着D q 的增大,故障后系统稳态工作点对应的功角稳态值和暂态期间功角最大值都增大㊂当D q 增大至0.003时,VSG 发生暂态失稳㊂由上述分析可知,较小的J ㊁较大的D p 以及较小的D q 可以提高VSG 的暂态稳定性㊂图5㊀控制参数对VSG 相平面图的影响(E =0.4pu )Fig.5㊀Influence of control parameters on on VSG phase portrait (E =0.4pu )13第12期王继磊等:虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略图6展示了有功功率参考值对VSG 相平面图的影响,a ㊁b ㊁c 点分别对应正常工况下有功功率指令P ref 为5㊁12㊁20kW 的系统稳态工作点㊂随着P ref 的增大,VSG 稳态工作点对应的功角也增大㊂当电网电压跌落至0.2pu,当P ref =5kW 和P ref =12kW时,VSG 的功角增大,最终分别在d 点和e 点稳定运行,功角不再发生变化㊂当P ref =20kW 时,P ref >P emax ,VSG 不存在稳态工作点㊂故障后VSG 的功角不断增大,δᶄ(t )>0,系统暂态失稳㊂图6㊀有功功率参考值对VSG 相平面图的影响(E =0.2pu )Fig.6㊀Influence of active power reference on VSGphase portrait (E =0.2pu )2.3㊀VSG 暂态稳定的边界条件相平面分析法本质上是一种数值算法,可以针对特定系统分析暂态稳定性,实现面向系统的参数设计,具有工程价值,缺点是不具备物理意义㊂为此,针对传统等面积判据和相平面分析法的不足,根据扩展等面积法分析VSG 暂态稳定的边界条件㊂定义P n =P ref -D d δ/d t ,根据式(11)所得数值解,联立式(1),VSG 的功角曲线如图7所示㊂图7(a)中电网短路故障导致P e 下降,P n 随d δ/d t 动态变化,此时P n <P ref ,VSG 处于加速状态,功角由δ0增加至δ1㊂由于虚拟惯性的存在,Δω=ω-ωN 减小,VSG 进入减速状态,但S 加速>S 减速,δ仍持续增加,VSG 发生暂态失稳㊂图7(b)中,电网短路故障导致功角由δ0增加至δ1后,Δω减小,在a 点处Δω=0,然后δ开始减小㊂功角振荡过程结束后,VSG 最终稳定运行在c 点㊂因此,考虑阻尼后,基于式(11)所得到的数值解,VSG 暂态稳定需要满足ʏδ2δ0(P n -P e )d δɤ0㊂(12)3㊀VSG 的暂态控制策略电网故障导致P e <P ref ,由式(5)可知δᶄ(t )>0,功角不断增大,使VSG 出现类似传统同步发电机的功角失稳现象㊂与同步发电机不同的是,VSG 控制结构灵活,控制参数完全可控㊂为此,提出一种在电网故障期间自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,降低了有功功率不平衡,使系统在电网严重故障时仍存在稳态工作点,提高系统暂态稳定性㊂图7㊀基于扩展等面积法的VSG 功角曲线Fig.7㊀VSG power angle curve based on extended equalarea method定义有功功率差值ΔP =P ref -P e ,VSG 与电网的角频率差值Δω=ω-ωg ,由式(1)可得JdΔωd t=ΔP -D p Δω㊂(13)解线性微分方程式(13)得到Δω=ΔPD p(1-e -D p /Jt )㊂(14)则电网故障发生后功角变化量为Δδ=ʏΔωd t =ΔP D p (t +J D p e -D p /Jt -JD p)㊂(15)电网故障前VSG 有功功率输出为P ref =P eN =32V N E N sin δNX g㊂(16)23电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第26卷㊀电网故障后功角增大,δF =δN +Δδ,则此时VSG有功功率输出为P eF =32V F E F sin δFX g=32V F E FX g(sin δN cosΔδ+sinΔδcos δN )㊂(17)式中:P eN 是正常工况下VSG 有功功率输出;P eF 是电网发生故障后VSG 有功功率输出;δN 是电网故障前的VSG 功角;δF 是电网故障后的VSG 功角;V N 和E N 分别为正常工况下VSG 输出电压和电网电压;V F 和E F 分别为电网故障后VSG 输出电压和电网电压㊂假设电网发生故障后,VSG 输出有功功率和有功功率指令值近似相等,即δF ʈδN ,Δδ被认为是一个很小的值,此时cosΔδʈ1,sinΔδʈΔδ,式(17)可进一步推导表示为P eF =32V F E FX g(sin δN +Δδcos δN )㊂(18)结合式(17),电网故障前后VSG 有功功率输出的关系为F =P eF P eN =V F E F (1+Δδcos δN )V N E N㊂(19)当电网故障后,根据式(19)适当调节VSG 有功功率参考值,避免功角持续增加,设置电网发生故障后的有功功率参考值为P ᶄref =V F E F (1+Δδcos δN )V N E NP ref ㊂(20)联立式(9)㊁式(11)和式(20)可得δ㊃㊃=E F J (((X g -1.5D q E F cos δ)2+6D q X g (V 0+D q Q 0)3D q+1.5D q E F cos δ-X g 3D q )(1+Δδcos δN V N E N P ref -3sin δ2X g ))-Dp J δ㊃㊂(21)图8是采用所提暂态控制策略的VSG 有功控制框图㊂由于实际电网电压幅值在一定范围内波动,为避免有功功率随之频繁波动,系统检测到电压幅值低于阈值时所提暂态控制策略生效,本文中设置电压阈值为90%E N ㊂考虑到实际中难以获取远端电网电压信息,其实时变化信息不能准确掌握㊂因此需要研究不依赖电网电压如何实现所提暂态控制策略㊂图8㊀采用所提暂态控制策略的VSG 有功控制环框图Fig.8㊀VSG active power control loop adopts the pro-posed transient control strategy根据图2所示,考虑VSG 分压时远端电网电压可表示[18]为E g =Z VSG +X g Z VSG V PCC -Xg Z VSGV r ㊂(22)图9展示了采用所提暂态控制策略的VSG 在电压跌落至0.2pu 时的相平面图,稳态运行功率为20kW㊂由于采用所提暂态控制策略,故障期间根据式(20)功率等级被自适应调整为3.53kW㊂正常情况下VSG 稳定工作在a 点,对应功角为0.27rad㊂电网发生故障后,VSG 功角增加至0.28rad㊂结合图6可知,采用所提暂态控制策略大大减小了功角变化量,使VSG 在电网严重故障时也存在稳态工作点,提高了VSG 的暂态稳定性㊂图9㊀采用所提暂态控制策略的VSG 相平面图(E =0.2pu )Fig.9㊀Influence of active power reference on VSGphase portrait (E =0.2pu )图10(a)为未采用所提暂态控制策略的VSG 功角曲线,虽然P n 随d δ/d t 动态变化,相较于P ref 有所下降,但S 加速>S 减速,根据式(12)可知,此时不满33第12期王继磊等:虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略足VSG 的暂态稳定边界条件,VSG 的功角持续增加,导致暂态失稳㊂图10(b)中采用所提暂态控制策略后,自适应调节P ref ,使得P n ʈP e ,S 加速<<S 减速,使得VSG 在电网严重故障情况下仍能保持暂态稳定㊂图10㊀VSG 的功角曲线(E =0.2pu )Fig.10㊀Power angle curve of VSG (E =0.2pu )4㊀半实物仿真验证为了验证理论分析的正确性,本节基于RT-LAB 的半实物仿真平台进行实验验证,平台如图11所示㊂根据图1搭建系统模型,在TI 公司的DSP -TMS320F28335进行算法实现,系统参数如表1所示㊂图11㊀基于RT-LAB 的半实物仿真平台Fig.11㊀Hardware-in-the-loop simulation platform based on RT-LAB表1㊀系统参数Table 1㊀System parameters㊀㊀㊀参数数值直流侧电压U dc /V 780滤波电感L f /mH 0.9滤波电容C f /μF10电网阻抗L g /mH5.3虚拟惯性J /(kg㊃m 2)0.05有功下垂系数D p 20无功下垂系数D q 0.002电网额定电压E /V311设置P ref =20kW,Q ref =0㊂当电压跌落深度不同时VSG 的暂态响应如图12所示,由图12(a)可以发现正常工况下VSG 的功角为0.27rad,在电网电压跌落至0.4pu 情况下系统保持稳定,故障发生后的功角稳态值为1.11rad,功角最大值为1.35rad㊂图12(b )中VSG 在电网电压跌落至0.2pu 后功角持续增大,有功功率㊁电流和功角发生振荡,VSG 暂态失稳㊂图12㊀电网故障时VSG 的暂态响应Fig.12㊀Transient response of VSG during grid fault当电网电压跌落至0.4pu,不同J 下VSG 的暂43电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第26卷㊀态响应波形如图13所示,正常工况下VSG 功角都是0.27rad㊂从图13(a)中发现,当J =0.02kg㊃m 2时,故障发生后的功角稳态值为1.11rad,动态过程基本无超调㊂图13(b)中J =0.1kg㊃m 2,电压跌落导致功角持续增大,有功功率㊁电流和功角发生振荡,VSG 暂态失稳㊂图13㊀不同虚拟惯性下VSG 的暂态响应(E =0.4pu )Fig.13㊀Transient response of VSG under different vir-tual inertia (E =0.4pu )图14为不同有功下垂系数下VSG 暂态响应波形,正常工况下VSG 功角都是0.27rad㊂图14(a)中D p =30时在故障暂态期间功角基本无超调,故障后的功角稳态值为1.11rad㊂图14(b)中D p 减小至10,功角持续增加,VSG 发生暂态失稳㊂图15为改变无功下垂系数时VSG 的暂态响应波形,从图15(a)中观察到当D q =0.001时故障后功角的稳态值为0.93rad,故障暂态期间功角最大值为1.12rad㊂对比图12(a),D q 增大使得功角的稳态值和暂态期间最大值有所增大㊂图15(b)中D q 为0.003,功角持续增大,电网发生故障后有功功率㊁电流和功角振荡,VSG 暂态失稳㊂图14㊀不同有功下垂系数下VSG 的暂态响应(E =0.4pu )Fig.14㊀Transient response of VSG under differentactive droop coefficients (E =0.4pu )图15㊀不同无功下垂系数下VSG 的暂态响应(E =0.4pu )Fig.15㊀Transient response of VSG under differentreactive droop coefficients (E =0.4pu )53第12期王继磊等:虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略图16为采用所提控制策略VSG 的暂态响应实验波形,电网电压跌落至0.2pu㊂从图中观察到电网故障后由于根据电网跌落程度自适应调整有功功率参考值,降低了有功功率的不平衡㊂与图12(b)相比,故障后功角略有增加,避免了暂态失稳,VSG 在电网发生严重故障情况下仍能保持稳定㊂图16㊀采用所提控制策略VSG 的暂态响应(E =0.2pu )Fig.16㊀Transient response of VSG using the proposedcontrol strategy (E =0.2pu )电网对称故障相较于不对称故障危害更为严重,但不对称故障较为常见㊂图17中E a 和E b 分别跌落至0.4pu 和0.6pu,采用所提暂态控制策略后,有功功率输出降低,功角略有增加,说明所提暂态控制策略在电网不平衡故障仍然适用㊂图17㊀采用所提控制策略不平衡故障下VSG 的暂态响应Fig.17㊀Transient response of VSG under unbalancedfault with the proposed control strategy5㊀结㊀论本文建立了VSG 的数学模型,采用相平面法分析了在电网故障下VSG 的暂态稳定性,研究了VSG 暂态失稳的边界条件,并进行半实物仿真验证㊂研究结果表明:1)电压跌落程度越严重,系统越容易暂态失稳㊂VSG 的暂态稳定性与控制参数有关,J 越大㊁D p越小,功角超调量越大,降低了系统的暂态稳定裕度㊂D q 不仅影响暂态动态过程,也会改变稳态工作点,并且D q 增大会恶化VSG 的暂态稳定性㊂2)VSG 的暂态失稳是有功功率不平衡导致功角持续增大导致的㊂为了避免VSG 发生暂态功角失稳,提出一种自适应调节有功功率参考值的暂态控制策略,提高了VSG 的暂态稳定性㊂本文的重点是分析VSG 的暂态稳定性并提出暂态控制策略㊂由实验波形发现电网故障导致VSG 出现电流冲击现象,文献[17]通过降低电压参考值抑制电流冲击,但这会削弱VSG 的电压支撑特性,影响VSG 的小信号稳定性㊂因此VSG 的短路电流抑制方法将在后续进一步研究㊂参考文献:[1]㊀王涛,诸自强,年珩.非理想电网下双馈风力发电系统运行技术综述[J].电工技术学报,2020,35(3):17.WANG Tao,ZHU Ziqiang,NIAN Heng.Review of operatingtechnology of doubly-fed wind power generation system under non-ideal grid [J ].Transaction of China Electrotechnical Society,2020,35(3):17.[2]㊀郭建祎,樊友平.基于改进粒子群算法的VSG 参数自适应控制策略[J].电机与控制学报,2022,26(6):11.GUO Jianyi,FAN Youping.Adaptive control strategy of VSG pa-rameters based on improved particle swarm optimization [J].E-lectric Machines and Control,2022,26(6):11.[3]㊀WU H,RUAN X,YANG D,et al.Small-signal modeling and pa-rameters design for virtual synchronous generators [J ].IEEETransactions on Industrial Electronics,2016,63(7):1.[4]㊀伍文华,陈燕东,周乐明,等.虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析[J].中国电机工程学报,2019,39(6):1560.WU Wenhua,CHEN Yandong,ZHOU Leming,et al.Impedancemodeling and stability analysis of virtual synchronous generators connected to weak grid [J].Proceedings of the CSEE,2019,39(6):1560.[5]㊀伍文华,周乐明,陈燕东,等.序阻抗视角下虚拟同步发电机63电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第26卷㊀与传统并网逆变器的稳定性对比分析[J].中国电机工程学报,2019,39(5):1411.WU Wenhua,ZHOU Leming,CHEN Yandong,et al.Stability comparison and analysis between the virtual synchronous generator and the traditional grid-connected inverter in the view of sequence impedance[J].Proceedings of the CSEE,2019,39(5):1411.[6]㊀颜湘武,刘正男,张波,等.具有同步发电机特性的并联逆变器小信号稳定性分析[J].电网技术,2016,40(3):910.YAN Xiangwu,LIU Zhengnan,ZHANG Bo,et al.The small sig-nal stability analysis of parallel inverters with synchronous genera-tor characteristics[J].Power System Technology,2016,40(3):910.[7]㊀姜齐荣,赵崇滨.并网逆变器的电磁暂态同步稳定问题[J].清华大学学报(自然科学版),2021,61(5):415.JIANG Qirong,ZHAO Chongbin.Electromagnetic transient syn-chronous stability of grid-connected inverter[J].Journal of Tsing-hua University(Science and Technology),2021,61(5):415.[8]㊀HE X,GENG H,LI R,et al.Transient stability analysis and en-hancement of renewable energy conversion system during LVRT [J].IEEE Transactions on Sustainable Energy,2020,11(3):1612.[9]㊀赵峰,帅智康,彭也伦,等.含电流限幅器的逆变器暂态稳定性评估方法[J].中国电机工程学报,2021,41(6):2245.ZHAO Feng,SHUAI Zhikang,PENG Yelun,et al.Inverter tran-sient stability assessment method with current limiter[J].Pro-ceedings of the CSEE,2021,41(6):2245.[10]㊀HUANG L,XIN H,ZHEN W,et al.Transient stability analysisand control design of droop-controlled voltage source convertersconsidering current limitation[J].IEEE Transactions on SmartGrid,2017,10(1):578.[11]㊀WU H,WANG X.Transient stability impact of the phase-lockedloop on grid-connected voltage source converters[C]//Interna-tional Power Electronics Conference(IPEC-ECCE Asia),May20,2018,Niigata,Japan.2018:2673.[12]㊀LI M,HUANG W,TAI N,et al.Lyapunov-based large signalstability assessment for VSG controlled inverter-interfaced distrib-uted generators[J].Energies,2018,11(9):2273. 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电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究引言电力系统是现代社会不可或缺的组成部分。
在传统电力系统中，发电机的控制一直是电力系统稳定性研究的主要方向。
虚拟同步发电机作为新型的发电机控制方式，被广泛地应用于电力系统中。
本文旨在探讨电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究的现状及未来发展方向。
第一章：虚拟同步发电机的概述1.1 什么是虚拟同步发电机？虚拟同步发电机是一种模拟传统同步发电机运行特性的发电机控制方式。
在虚拟同步发电机的控制下，发电机的运行特性和同步发电机相似，但是具有更好的响应速度和灵活性。
1.2 虚拟同步发电机的工作原理虚拟同步发电机的控制方式主要基于功率控制器和电网反馈控制器。
通过控制发电机实际输出功率与反馈电网电压之间的差值，实现发电机的电压和频率控制。
第二章：电力系统中基于虚拟同步发电机的电网稳定性2.1 电网稳定性的概述电网稳定性是指电力系统在发生故障或负荷突变时，保持电压、频率等各种物理指标的稳定性能力。
电网稳定性对于保障电力系统的正常运行至关重要。
2.2 基于虚拟同步发电机的电网稳定性研究虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，可以松绑发电机的电压、频率控制，从而提高电力系统在扰动下的稳定性能力。
在现有研究中，虚拟同步发电机的控制算法被广泛应用，以完善电力系统在扰动下的稳定性。
第三章：虚拟同步发电机对电网稳定性研究的应用3.1 稳态分析虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，能够优化电力系统的稳态性能。
在稳态分析中，虚拟同步发电机的控制算法能够有效地解决电力系统在发电机接入或切除时出现的问题，从而保证电力系统的稳定性。
3.2 瞬态分析瞬态分析是电力系统中另一个重要的稳定性分析。
虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，能够优化电力系统在瞬态过程中的稳定性，通过控制发电机的电压和频率，降低瞬态过程中产生的电压波动和频率波动。
第四章：发展方向及未来展望虚拟同步发电机作为一种新型的发电机控制方式，为电力系统的稳定性提供了新的思路和方法。
电气传动2021年第51卷第2期Stability Analysis and Parameter Designing for Virtual Synchronous GeneratorCHENG Shiyao ，WANG Fang ，LI Xuecheng ，SHI Pengbo ，CHI Yuan（Electric Power Research Institute ，State Grid Beijing Electric Power Company ，Beijing 100075，China ）Abstract:The virtual synchronous generator （VSG ）control scheme formed by the cascaded outer power control loop in voltage and current double closed loop core can introduce inertia into the inverter ，so as to enhance the stability of the system after grid connection.Aiming at the parameter design and stability of this VSG ，a VSG parameter tuning method guided by the eigenvalue sensitivity matrix of the linearized system model was proposed.Due to the interactions between the cascaded control loops and the complex dependence of the system dynamics on the controller parameters ，the traditional parameter tuning method is not effective at low switching frequencies.The new solution was implemented in an iteratively optimized form to ensure system stability and remove system eigenvalues from critical locations.Finally ，a time-domain comparison simulation was carried out to verify that the parameters designed with the new scheme significantly and improve the dynamic performance of the VSG compared to the traditional parameter design scheme.Key words:inverter ；virtual synchronous generator （VSG ）；parameters tuning ；stability基金项目：国网山东省电力公司科技资助项目（52061416000v ）作者简介：程诗尧（1990—），男，硕士，高级工程师，Email ：*****************摘要：在电压电流双闭环内核外级联功率控制外环构成的虚拟同步发电机（VSG ）控制方案可引入惯性到逆变器中，从而增强并网后对系统稳定性的支持。
虚拟同步发电机技术对分布式发电并网稳定性的影响党克;维力思【摘要】针对分布式发电机通过逆变器连接到电网,逆变器频率无法由传统分布式电源控制,需要由其他同步电机控制,电力系统可能会因为大量接入分布式发电(DG)逆变器而不稳定的问题,采用虚拟同步电机(简称VSG)控制策略,通过添加储能元件,使整个逆变器具有同步电机特性.经仿真验证,该策略提高了逆变器并网的稳定性.【期刊名称】《吉林电力》【年(卷),期】2015(043)001【总页数】4页(P21-23,31)【关键词】分布式发电(DG);虚拟同步电机(VSG);逆变器;控制策略;系统稳定【作者】党克;维力思【作者单位】东北电力大学,吉林吉林 132012;东北电力大学,吉林吉林 132012【正文语种】中文【中图分类】TM712随着国家大力发展新能源，各种分布式发电（DG）已取得长足发展。
DG 在电网中所占比重逐年提升，同步电机装机容量所占比重的下降，整个电力系统的旋转备用容量和转动惯量会相对减少。
DG 以电力电子逆变器模式接入电网，由于该模式并未体现出系统惯性和同步特性，逆变器接入模式会增加电网调频调压的难度，因此电力系统的稳定性会受到影响。
如果增加储能元件，将同步发电机、储能、逆变器整体上看做一个同步发电机，采用合适的逆变器并网控制算法，从外特性上模拟同步发电机的频率和电压控制特性，该控制方式称为虚拟同步电机（VSG）控制策略［1－5］。
本文模拟一种同步发电机暂态特性计算，构建了虚拟同步电机控制电路，并采用仿真对VSG 控制策略的可行性进行了评估。
1 VSG 技术由于同步电机的转子惯性和调频特性能够提高电力系统稳定性，如果借助储能部件，使分布式电源表现出同步电机特性，可以大大提升系统稳定性。
虚拟同步电机示意图见图1。
图1 虚拟同步电机示意图VSG 的震荡方程如下：式中：J 为转动惯量；ω 为转子角速度；Pin为输入功率；Pout为输出功率。
图2是设计框图。
考虑源端特性的虚拟同步直驱风机小信号建模与稳定性分析褚文从;刘静利;李永刚;刘华志;李德奇
【期刊名称】《电力自动化设备》
【年(卷),期】2022(42)8
【摘要】传统虚拟同步机并网模型将直流侧等效为理想的直流电压源,难以匹配风电、光伏等动态特性复杂的分布式电源。
为准确表征源端为直驱风机的虚拟同步机动态特性,首先建立了虚拟同步直驱风机并网系统的精细化小信号模型。
在此基础上结合参量根轨迹和主导状态变量,分析了模型参数对稳定性的影响。
随后,针对重合特征根提出基于运动轨迹差异的误差衡量指标,对比分析了传统虚拟同步机与虚拟同步直驱风机并网模型所得特征根的差异性。
结果表明传统虚拟同步机并网模型因无法涵盖与直驱风机运行特性有关的主导特征根,在直驱风机惯量不匹配、频率下降或者线路阻抗变化时,稳定性分析不准确。
最后,搭建虚拟同步直驱风机并网系统仿真模型,进一步验证了所提模型的精确性和结论的准确性。
【总页数】8页(P3-10)
【作者】褚文从;刘静利;李永刚;刘华志;李德奇
【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室;国网潍坊供电公司【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.虚拟同步发电机特性的三相逆变器小信号建模及分析
2.直驱永磁同步风机接入对电力系统小信号稳定性的影响分析
3.直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析
4.虚拟同步机并联系统小信号建模及稳定性分析
5.直驱永磁同步风机接入对电力系统小信号稳定性的影响分析
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基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联稳定性研究的开题报告一、选题背景随着能源需求的不断增长和新能源技术的快速发展，微电网作为一种集中式和分布式能源系统的混合形式，已经广泛应用于电网和社区能源管理等领域。
微电网逆变器并联技术是微电网中的重要组成部分，可以提高系统的可靠性和经济性。
然而，逆变器并联运行过程中容易出现电流失调和稳定性问题，影响微电网整体功率质量和安全稳定运行。
因此，如何提高微电网逆变器并联的稳定性一直是研究热点。
二、研究目的本课题旨在通过建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，研究逆变器并联运行过程中的电流失调和稳定性问题，并提出相应的解决方案和控制策略，为微电网的稳定运行提供支持。
三、研究内容和方法本研究首先建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，并实现逆变器的控制与运行。
然后，通过仿真分析逆变器并联过程中的电流失调和稳定性问题，并探究其原因。
最后，提出相应的解决方案和控制策略，如采用动态电流共享控制策略、优化电容电感器参数配置等方法，以提高微电网逆变器并联的稳定性。
四、研究意义本研究在实际应用中具有重要意义。
一方面，通过解决逆变器并联运行中的失调和稳定性问题，可以提高微电网的可靠性和经济性，增强其稳定运行能力，从而更好地满足电力需求。
另一方面，本研究还可以为微电网逆变器并联控制策略的研究提供参考，为微电网的发展提供支持。
五、预期成果本研究预期获得以下成果：1.建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型，实现逆变器的控制与运行；2.分析逆变器并联过程中的电流失调和稳定性问题，探究其原因；3.提出相应的解决方案和控制策略，如动态电流共享控制策略、优化电容电感器参数配置等方法；4.验证所提出的策略和方法，评价其稳定性和可靠性，为微电网的发展提供支持。
六、研究进度计划第一阶段：文献调研和学习基础知识。
时间：1个月。
第二阶段：建立基于虚拟同步发电机的微电网逆变器并联模型。
时间：2个月。
同步发电系统的稳定性研究同步发电系统指的是由许多发电机组成的复杂系统，这些发电机通过给电网供电实现电力传输和分配。
同步发电系统的稳定性是指其在外部扰动的情况下，回到平衡状态的速度和稳定性。
在电网中，复杂的干扰和负荷变化会对同步发电系统的稳定性造成影响，因此研究同步发电系统的稳定性具有重要的理论和实际意义。
同步发电系统的稳定性可以通过许多方法进行研究。
首先，可以使用数学模型对同步发电系统进行建模，从而预测其稳定性。
这种方法可以使用电气方程和控制方程等几种方法，从而计算出系统中不同发电机之间的相互关系。
其次，可以使用计算机仿真技术来模拟同步发电系统的稳定性。
这种方法可以使用模拟软件，如PSLF、ETAP等，对同步发电系统进行仿真。
这样可以对不同情况下的系统稳定性进行仿真计算，评估其稳定性，并且探讨如何改进。
最后，可以使用实验方法来验证同步发电系统的稳定性，这种方法主要是要进行实验测试，统计数据，并进行数据分析。
这种方法可以模拟不同的负载和干扰条件，以验证同步发电系统在不同环境下的稳定性。
值得注意的是，研究同步发电系统的稳定性是一个非常复杂的过程。
在实践中，人们不仅需要研究电气方程和控制方程等理论问题，还需要考虑安全、经济和环境等多个方面。
此外，在电力系统中，由于负荷和干扰等原因，同步发电系统可能会运行在临界状态之间，这会对系统的可靠性和稳定性产生很大的影响。
因此，在进行同步发电系统的稳定性研究时，还需要注意危险情况的相关问题。
总之，同步发电系统的稳定性研究是一个非常重要的工作，这涉及到国家经济和社会发展的问题。
如何保证同步发电系统的稳定性以及如何实现电力传输的高效和安全是电力领域亟待解决的问题。
因此，我们应该进行更多的研究和探讨，不断改进和提升同步发电系统的稳定性。
64 集成电路应用 第 37 卷 第 5 期（总第 320 期）2020 年 5 月Applications创新应用0 引言 近年来，由于化石燃料的大量使用，带来了大量的环境污染问题，全球都大力发展光伏等新能源，新能源的并网发电量持续上升[1]。
光伏作为新能源发电主力电源之一，被大量投入使用。
传统的光伏电源通过逆变器等电力电子器件与电网相连，降低了系统的惯性和阻尼。
为了解决这一问题，虚拟同步发电机技术（Virtual Synchronous Generator ，VSG ）技术被提出[2-5]。
光伏虚拟同步发电机（Photov ol tai c Virt ual Synchronous Generator ，PV-VSG ）是 VSG 技术在光伏系统的典型应用，由于光伏电源本身具有易受外界因素影响，易波动不连续且不可控的特性，基本的 VSG 技术并不能直接被运用到光伏系统中，与储能系统的配合使用下，提高系统的惯性和阻尼。
目前国内外关于 PV-VSG 的研究较少，主要集中在储能与光伏的协调控制策略与优化上，很少有关于 PV-VSG 稳定性的研究。
虽然随着 VSG 技术的发展，国内外学者同时就 VSG 的性能、控制参数及运行中存在的问题等方面进行了研究[6,7]，但对于 PV-VSG这一特殊模型的稳定性研究却鲜有涉及。
文献[8]针对张北风光储虚拟同步发电机示范电站的两种光伏虚拟同步发电机的控制策略，进行对比与分析，并针对这两种控制策略的优缺点，提出了深度利用功率的策略对 PV-VSG 进行改进并验证其正确性。
文献[9,10]指出，建立了光伏逆变器小信号模型并分析小信号稳定性，文献[11]引入虚拟阻抗对连接线路进行重塑，针对其线路特点，设计了线路的阻抗特性，提高了系统的稳定性。
针对以上问题，本文综合考虑 PV-VSG 模型的精确度和复杂程度，建立了包含光伏电源、DC/DC 变换器模型、PV-VSG 控制模型、滤波器模型等的全系统小信号模型。
风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制大规模风电装配虚拟惯量控制器后，将会引起电网惯量分布的改变，系统频率、阻尼及功角等暂态稳定特性均会受到显著影响。
近期研究成果表明，风电机组引入虚拟惯量可以有效解决电气解耦导致的惯量削弱问题。
然而，在含虚拟惯量的电力系统中，惯量不再是无法改变的固有特性，而会与系统功角、阻尼特性间存在相互影响。
因此，评估虚拟惯量对电力系统提供支持的安全性时，除关注频率特性外，还应全面分析其对系统功角、阻尼特性的影响。
标签：风力发电;产业发展;并网技术;功率预测引言当前我国发电技术不断进步，可以对天然能量进行有效应用，将其转化为电能，最终实现资源可再生，其发电包括了火力、水力和风力等多种发电技术，而风力发电属于我国应用最多的一种发电技术，风具有很强的可利用性。
但风力发电容易受到外界多种自然因素的影响，风力发电的随机性属于发电的主要影响阻力，所以就需要加强对风力发电技术相关问题的分析与研究，选择合理的方式解决其技术问题，进一步提升风力发电的电能质量。
1风电发展概况我国对风电产业的发展已经历经了二十余年的时间，自上世紀九十年代起，我国便大力发展风电产业，而风电并网容易更是以年均22%的速度呈现出明显的增长态势。
现如今，我国风力发电的增长速度已经远远超过了其他发电方式。
在2012年，我国的风机装机数量已经增长到了2002年的百倍以上，每年的平均增长率则高达60%。
在并网风电容量方面，截止到2013年我国的风电并网容量便已经达到了62.4GW，在我国华中、华东、西北、东北以及华北等地，其风电并网容量分别达到了0.88GW、4.7GW、12.6GW、19.2GW以及24GW，尤其是西北、东北和华北三地，其在全国风电并网容量中的占比高达90.91%，百万千瓦以上的省级风电并网数量则多达13个。
现如今，风电装机电源在我国12个省份中仅次于火电，这些省份包括黑龙江、天津、蒙西、山西、山东、宁夏、上海、蒙东、辽宁、江苏和吉林。
应用于微网的虚拟同步发电机结构及其动态性能分析一、概述随着分布式能源的快速发展和智能电网建设的深入推进，微电网作为实现能源优化利用和提高电网可靠性的重要手段，正日益受到广泛关注。
微电网是一个由分布式电源、储能装置、负荷以及控制装置等组成的小型发配电系统，它既可以与大电网并网运行，也可以在孤岛模式下独立运行，为局部区域提供电力供应。
由于微电网中的分布式电源多为电力电子接口设备，其动态响应特性和传统同步发电机存在较大差异，这给微电网的稳定运行和能源优化调度带来了挑战。
为了解决这一问题，虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）技术应运而生。
虚拟同步发电机是一种通过电力电子变换器模拟同步发电机运行特性的技术，它能够使得分布式电源在微电网中表现出类似传统同步发电机的外特性，从而增强微电网的稳定性和可靠性。
虚拟同步发电机技术不仅保留了电力电子设备的快速响应特性，还具备了传统同步发电机的惯性特性和阻尼特性，能够更好地适应微电网的运行需求。
本文将对应用于微电网的一种虚拟同步发电机结构进行详细介绍，并深入分析其动态性能。
我们将探讨虚拟同步发电机的基本原理和关键技术，包括其产生背景、工作原理以及与传统发电机的异同点。
我们将设计一种适用于微电网的虚拟同步发电机结构，并详细阐述其控制策略和实现方法。
在此基础上，我们将通过仿真实验和案例分析，对虚拟同步发电机的动态性能进行深入研究，包括其响应速度、稳定性以及能源利用效率等方面的优势。
1. 微网的概念与特点作为现代电力系统的一种新型组织形式，是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷以及监控、保护装置等共同组成的小型分布式发电系统。
它不仅可以作为一个独立自治的系统运行，也可以与大电网进行并网运行，体现了高度的灵活性和自主性。
微网内的分布式电源形式多样，包括光伏发电系统、微型燃气轮机、燃料电池等，它们与储能装置协同工作，共同满足微网内负荷的电力和热能需求。
可再主能源Renewable Energy Resources第39卷第5期2021年5月Vol.39 No.5May 2021可再生能源虚拟同步发电机并网振荡模式及影响因素分析程亮打朱寰1,郭岩2,郑天文2,汪洋3,陈来军2(1.国网江苏省电力有限公司，江苏南京211106； 2.清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京100084； 3.北京清能互联科技有限公司，北京100084)摘 要：虚拟同步发电机能使逆变器模拟同步发电机运行特性，有利于可再生能源发电友好并网。
但由于虚拟 同步发电机兼具同步发电机与逆变器的特点，并网运行时，有可能面临振荡风险，且振荡类型和形式更加复杂。
文章首先介绍了虚拟同步机电路拓扑及多环控制的结构特点;在此基础上,分析了 VSG 电流内环、功率外环、VSG 并联运行等影响因素与不同振荡频率之间的关系。
建立了不同影响因素主导情况下的小信号模型,系统 地分析了 VSG 并网运行时存在的高频、工频和低频振荡模式。
最后，通过Matlab/Simulink 仿真,验证了 VSG 并网时不同振荡模式与相应主导影响因素之间的关联关系。
关键词：虚拟同步发电机；高频振荡；工频振荡；低频振荡中图分类号：TK51 文献标志码：A 文章编号：1671-5292(2021)05-0673-080引言可再生能源发电及储能系统通常采用电力 电子变换器接入电网。
但电力电子变换器缺乏一定的惯性与阻尼，因此，电力电子变换器难以 实现对电网的稳定支撑［1L ［2］o 研究人员利用电力电子变换器控制的灵活性，使变换器在一定 程度上模拟同步发电机的运行特性，基于此考 虑，虚拟同步发电机(Virtual SynchronousGenerator , VSG)技术应运而生［3］,［4］O VSG 技术可使变换器同时模拟同步发电机的功角特性与励 磁特性叫使变换器具备一定的电网支撑能力，可实现友好并网。
