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第49卷第7期2025年4月10日Vol.49No.7Apr.10，2025

DOI：10.7500/AEPS20231225001

考虑阻尼影响的虚拟同步发电机暂态同步稳定性量化分析

1，21，21，21，231，2

张静怡，田震，李锡林，黄萌，曹侃，查晓明

（1.综合能源电力装备及系统安全湖北省重点实验室，湖北省武汉市430072；

2.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市430072；

3.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北省武汉市430070）

摘要：随着新能源发电机组的大规模并网，电力系统面临严峻的暂态同步失稳风险。基于虚拟同

步发电机（VSG）控制的构网型变流器通过模拟同步发电机组的动力学特性以实现与电网的同步，

具有较好的频率和电压支撑能力。为精确量化虚拟惯量和阻尼对VSG暂态同步稳定性的影响，文

中提出一种基于迭代等面积法则的VSG暂态同步稳定性分析方法。基于能量守恒原理，通过设计

迭代算法得到临界稳定条件下的变流器频率-功角分布函数，精确量化了VSG惯量和阻尼项做功

对暂态过程中加减速面积的影响。通过比较不同控制器参数和电网参数下的暂态稳定域大小，量

化了参数对暂态稳定边界的影响。最后，利用MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验

验证了所提稳定性分析方法的有效性和优越性。所提出的迭代等面积法则保守性较低，可实现对

暂态稳定边界的精确快速计算。

关键词：构网型变流器；虚拟同步发电机；暂态同步稳定性；惯量；阻尼；迭代等面积法则

0引言法则可以直观地给出二阶系统的稳定域，其本质是

能量守恒定律，具有极强的物理意义［5-6，18-20］。文献

随着“双碳”目标的提出，为进一步响应节能减

［21］研究了VSG的暂态同步稳定性，但完全忽略了

排的号召，以并网变流器为接口的光伏、风电等新能

阻尼的影响，导致所得到的稳定判据无法探究惯量

［1-2］

源设备大规模接入电网，导致电力系统从以同步

对稳定性的影响。文献［22］利用等面积法则比较

发电机为主导的传统电力系统逐渐转型为以电力电

了不同VSG控制下的暂态同步稳定性。文献［23］

［3-6］

子设备为主导的新型电力系统。虚拟同步发电指出交流电压/电流内环的快动态对暂态同步稳定

机（virtualsynchronousgenerator，VSG）作为并网变性的影响可以忽略不计，将VSG输出电压以可变参

［7-8］

流器构网型控制的一种重要手段，通过模拟同步量的形式纳入稳定性分析，提出了一种考虑无功环

发电机的摇摆方程使并网变流器具备同步发电机的影响的Lyapunov方法，但因其需对数学模型进行时

外特性，可为电网提供暂态支撑，摆脱了跟网型变流域数值积分，计算量较大，且无法完全考虑阻尼做功

［9-12］

器阻尼低、惯量低、频率支撑能力弱的缺点，但影响，保守性受Lyapunov函数中待选参数限制。文

在电网发生故障时，VSG