虚拟同步机控制参数对同步稳定性的影响.pdfVIP

摘要

为响应“碳达峰、碳中和”号召，未来30年分布式电源在电力系统中的占

比将逐渐增大。光伏发电和风力发电这类采用并网逆变器与电网相连的分布式电

源常被称为非同步机电源。不同于旋转发电机之间保持同步的机制，非同步机电

源与旋转发电机保持同步必须通过控制器实现，通常采用虚拟同步机(Virtual

SynchronousGenerator,VSG)控制策略，其控制环路众多且复杂，这给电力系统

的同步稳定性带来新挑战。目前，虚拟同步机小扰动稳定性研究比较成熟，而暂

态同步稳定性研究还处于不断探索阶段，大多局限于单一控制环路对同步稳定性

的影响。因此，深入研究虚拟同步机的暂态同步稳定性对于保证电力系统的安全

稳定运行具有重要的理论意义和实用价值。

针对虚拟同步机同步稳定性研究中对控制环路考虑不全面的现状，本文首先

研究了有功频率环、虚拟调速器、功率滤波器和电流约束控制等虚拟同步机主要

控制环路的数学模型。其次，综合考虑多个控制环路，建立了考虑虚拟调速器对

等效阻尼系数影响、功率滤波器时间常数对等效电磁转矩影响以及输出电流约束

控制对输出功率影响的虚拟同步机数学模型，推导了功角差与各控制参数的关联

公式。在此基础上，基于相平面法研究了虚拟同步机与无穷大系统在正常并网运

行和电网电压严重跌落情况下的同步稳定性，分析了各控制参数对暂态同步稳定

性的影响，提出了既满足控制系统响应速度又具有良好控制效果的虚拟调速器调

频系数的整定原则。最后，基于MATLAB/SIMULINK仿真平台搭建了虚拟同步

机-无穷大系统并网模型，就虚拟同步机控制参数对同步稳定性影响的分析结果

进行了仿真验证。

关键词：虚拟同步机，同步稳定性，控制参数，相平面法，调频系数

ABSTRACT

Inresponsetothecallofcarbonpeakingandcarbonneutralization,the

proportionofdistributedgenerationinpowersystemwillgraduallyincreaseinthe

next30years.Photovoltaicpowergenerationandwindpowergeneration,whichuse

gridconnectedinvertertoconnectwiththepowergrid,areoftencalledasynchronous

machinesource.Differentfromthesynchronizationmechanismbetweenrotating

generators,thesynchronizationbetweenasynchronousmachinesourceandrotating

generatormustberealizedbycontroller.Virtualsynchronousgenerator(VSG)control

strategyisusuallyadoptedanditscontrolloopsarenumerousandcomplex,which

bringsnewchallengestothesynchronizationstabilityofpowersystem.Atpresent,

thestudyofsmalldisturbancestabilityofVSGisrelativelymature,whilethestudyof

transientsynchronizationstabilityisstillinthestageofcontinuousexploration,

mostlylimitedtotheinfluenceofsinglecontrollooponsynchronizationstability.

Therefore,itisofgreattheoreticalsig