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弱电网下虚拟同步补偿器对新能源暂态同步稳定性的影响机理

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电网技术 2024年

作者：陈永平陈俊儒刘牧阳新疆大学电气工程学院

虚拟同步补偿器（virtual synchronous compensator， VSCOM）通过将虚拟同步机控制结合到静止无功发生器(static var generator， SVG)中，能够实现对电网电压的主动支撑，改善SVG的弱电网适应性。然而，基于构网型控制的VSCOM作为无... 详细信息

虚拟同步补偿器（virtual synchronous compensator， VSCOM）通过将虚拟同步机控制结合到静止无功发生器(static var generator， SVG)中，能够实现对电网电压的主动支撑，改善SVG的弱电网适应性。然而，基于构网型控制的VSCOM作为无功补偿与采用跟网型控制的新能源并网变换器(renewable energy grid-connected converter， REGC)的交互特性更为复杂，因此本文旨在研究电网大扰动下VSCOM对REGC暂态同步稳定性的影响。首先根据VSCOM的特性提出了VSCOM的恒电压限流控制。其次，基于该控制建立数学模型，分析VSCOM对REGC的静态稳定极限的改善效果。然后，通过构建VSCOM与REGC的暂态模型，考虑短路比、控制参数、无功容量，研究VSCOM对REGC暂态同步稳定性的影响机理。最后，基于MATLAB/Simulink平台搭建电磁暂态仿真模型验证本文理论分析的正确性。

关键词：虚拟同步补偿器新能源并网变换器限流策略暂态同步稳定性

计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法

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电力系统自动化 2024年第13期48卷 130-137页

作者：占领胡彬王垚鑫年珩浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

电力电子装置在电网中渗透率的不断提高导致电网强度和惯量降低,电网故障下暂态同步稳定问题日益突出。针对弱电网故障下并网逆变器的暂态失步问题,建立了计及锁相环阻尼和故障瞬间初始角速度的并网逆变器暂态同步模型,分析了锁相环阻... 详细信息

电力电子装置在电网中渗透率的不断提高导致电网强度和惯量降低,电网故障下暂态同步稳定问题日益突出。针对弱电网故障下并网逆变器的暂态失步问题,建立了计及锁相环阻尼和故障瞬间初始角速度的并网逆变器暂态同步模型,分析了锁相环阻尼和初始角速度变化对暂态同步稳定性的影响规律。提出了基于频率偏差反馈矫正的锁相环附加阻尼控制方法,以提升并网逆变器的暂态同步稳定性。针对不存在稳定平衡点的严重电网故障带来的暂态失步问题,提出了锁相环输出角速度动态补偿方法,实现了故障恢复后系统的稳定运行。最后,搭建硬件在环实验平台,对理论分析和控制方法进行了验证。

关键词：暂态同步稳定性锁相环并网逆变器附加阻尼

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限流约束下构网型新能源经柔性直流送出系统暂态同步稳定性分析

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高电压技术 2024年

作者：李岩赵仕兴蔡东晓黄伟煌李宇骏李桂源南方电网科学研究院有限责任公司西安交通大学电气工程学院

为了研究基于虚拟同步发电控制的新能源发电经柔性直流送出系统的暂态同步稳定性，首先建立了电流限制约束下送出系统的动态分析模型，发现系统会在特定功角差处发生定交流电压控制与限流控制模式的切换，从而将由代数变量(电流幅值)描... 详细信息

为了研究基于虚拟同步发电控制的新能源发电经柔性直流送出系统的暂态同步稳定性，首先建立了电流限制约束下送出系统的动态分析模型，发现系统会在特定功角差处发生定交流电压控制与限流控制模式的切换，从而将由代数变量(电流幅值)描述的切换条件转化为由状态变量(功角差)描述的切换条件。其次，利用传输有功功率与换流器功角差间的函数关系，揭示了系统的暂态同步稳定机理，基于分段等面积定则推导了系统临界切除角及临界切除时间的解析表达式。最后，基于系统稳定边界与控制参数和系统运行状态间的解析关系，提出了改善系统暂态同步稳定性的限流控制参数优化方法。仿真模型在不同故障切除时间下的控制模式切换现象以及同步稳定情况验证了暂态同步稳定判据及稳定性影响因素的准确性。

关键词：新能源发电送出系统虚拟同步发电机电流限制控制模式切换暂态同步稳定性等面积定则

考虑控制器限幅的多虚拟同步发电机系统暂态同步稳定性分析

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电力系统自动化 2024年

作者：陆艺源李宇骏杨冬梅牟同鹏刘菁锐刘梦奇惠嘉祺杜正春西安交通大学电气工程学院国电南瑞科技股份有限公司

为保护耐压耐流能力有限的电力电子器件，虚拟同步发电机（VSG）通常配置多种控制器限幅。在暂态过程中，这些限幅将不可避免地被触发。针对含电流和频率限幅的多台VSG嵌入式电力系统，分析了暂态同步稳定性并提出一种保证系统稳定的控... 详细信息

为保护耐压耐流能力有限的电力电子器件，虚拟同步发电机（VSG）通常配置多种控制器限幅。在暂态过程中，这些限幅将不可避免地被触发。针对含电流和频率限幅的多台VSG嵌入式电力系统，分析了暂态同步稳定性并提出一种保证系统稳定的控制方法。首先，建立了含电流限幅的多VSG系统的动态模型，构造了暂态能量函数，并利用最近不稳定平衡点法得到了保证未触发限幅系统稳定的最大能量V（x）。然后，分析了频率限幅的影响，发现频率限幅上能量最低的仅具有动能的两个点就是离开边界点，并提出了触发频率限幅后重置系统运行点至这两个特殊离开边界点的控制方法。最后，通过优化方法，找到了令多VSG系统不进入电流限幅的最大能量Vcs，并基于V（x）和Vcs中的最小值配置了特殊离开边界点的频率限幅值，保证了含电流和频率限幅的多VSG系统的全局稳定性。通过9节点电力系统的仿真分析和硬件在环实验证明了所提理论的正确性。

关键词：虚拟同步发电机电流限幅频率限幅暂态同步稳定性暂态能量函数离开边界点全局稳定性

基于能量函数法的含虚拟惯性控制直驱风电场内部暂态同步稳定性分析

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电力系统保护与控制 2022年第22期50卷 38-48页

作者：纪泰鹏赵伟李永达林一凡王彤新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 国家电网有限公司华北分部北京100053

直驱风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,锁相环同步失稳易引发风电场大规模脱网。为此提出一种基于能量函数法的直驱风电场内部暂态同步稳定性定量分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特... 详细信息

直驱风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,锁相环同步失稳易引发风电场大规模脱网。为此提出一种基于能量函数法的直驱风电场内部暂态同步稳定性定量分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特性的影响,对直驱风机并网控制系统进行降阶。然后,在降阶控制系统的基础上,推导出计及惯性控制和外环控制影响的直驱风机广义摇摆方程。基于广义摇摆方程,利用首次积分法建立机组级风机暂态能量函数,在直驱风电场等效线路模型的基础上进一步推导出多风机暂态能量函数,并采用势能界面法确定系统临界能量值。最后,在直驱风电场四机系统中进行仿真分析,证明了该能量函数的有效性和准确性,并进一步分析了惯性控制参数对同步稳定性的影响。

关键词：直驱风电场锁相环惯性控制外环控制广义摇摆方程暂态同步稳定性能量函数

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虚拟同步机孤岛并联系统暂态同步稳定性分析

电力系统保护与控制 2023年第15期51卷 1-11页

作者：徐耀朱玲吕振宇王琦南京师范大学电气与自动化工程学院江苏南京210046 南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏南京210003 东北电力大学吉林吉林132012

针对虚拟同步机孤岛并联系统暂态失稳机理不明且传统等面积法则定量计算保守性强的问题,提出了一种考虑阻尼缩放的改进等面积法则。该方法运用等面积法则,将阻尼项抵消的不平衡功率缩放为对功角可积项,可定量计算虚拟同步机控制参数对... 详细信息

针对虚拟同步机孤岛并联系统暂态失稳机理不明且传统等面积法则定量计算保守性强的问题,提出了一种考虑阻尼缩放的改进等面积法则。该方法运用等面积法则,将阻尼项抵消的不平衡功率缩放为对功角可积项,可定量计算虚拟同步机控制参数对并联供电系统极限切除角和极限切除时间的影响。研究结果表明,虚拟同步机的虚拟阻尼对暂态稳定性影响较大。虚拟阻尼与极限切除角和极限切除时间呈正相关;虚拟惯量与极限切除角呈负相关,与极限切除时间呈正相关,在系统容量充足的情况下应优先考虑提升虚拟阻尼。另外,初步探索了计及虚拟同步发电机过流保护的多机并联系统暂态同步稳定性研究思路,并分析了所提方法在多机系统中的适用性。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了理论分析和所提方法的正确性。

关键词：虚拟同步机孤岛并联系统等面积法则暂态同步稳定性极限切除角极限切除时间

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

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浙江电力 2023年第1期42卷 13-22页

作者：华文董炜叶琳李斯迅张哲任徐政国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014 国网浙江省电力有限公司杭州310007 浙江大学电气工程学院杭州310027

PLL-GFC(基于锁相环的构网型换流器)具备频率与电压调节能力,然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此,对PLL-GFC型MMC-HVDC(模块化多电平换流器型高压直流输电)暂态同步稳定机理展开研究。首先,介绍PLL-GFC... 详细信息

PLL-GFC(基于锁相环的构网型换流器)具备频率与电压调节能力,然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此,对PLL-GFC型MMC-HVDC(模块化多电平换流器型高压直流输电)暂态同步稳定机理展开研究。首先,介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后,建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型,采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素,由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后,通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型,验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。

关键词：暂态同步稳定性锁相环构网型换流器模块化多电平换流器型高压直流输电相图曲线

虚拟同步机并联电流控制型变换器系统暂态同步稳定性分析

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电力系统自动化 2021年第10期45卷 115-123页

作者：沈超帅智康程慧婕国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082

并网并联供电系统中,电流控制型变换器注入电流对虚拟同步机暂态同步稳定性有不可忽视的影响,甚至可能导致系统出现不可逆失稳问题。研究并联供电系统中变换器间的交互机理是保证系统在暂态过程中安全稳定运行的重要前提。文中建立了电... 详细信息

并网并联供电系统中,电流控制型变换器注入电流对虚拟同步机暂态同步稳定性有不可忽视的影响,甚至可能导致系统出现不可逆失稳问题。研究并联供电系统中变换器间的交互机理是保证系统在暂态过程中安全稳定运行的重要前提。文中建立了电流控制型变换器与虚拟同步机暂态交互模型,发现注入电流对虚拟同步机暂态稳定性的影响主要由功率耦合项决定。在此基础上,利用等面积准则分别分析了在纯感性和阻感性网络条件下不同注入电流相角对虚拟同步机暂态稳定性的影响。研究结果表明,当注入电流相角与并联线路导纳角相加接近-90°时,系统的稳定性将得到增强。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果和基于RT-LAB的实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：虚拟同步机电流控制型变换器非线性系统暂态同步稳定性等面积准则限流控制

功率耦合和电流限幅影响下构网型变流器的暂态同步稳定分析

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2815-2824,I0024页

作者：付熙坤黄萌凌扬坚田震查晓明武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072

在有限过流能力的构网型变流器中,有功和无功环之间的功率耦合以及电压电流环之间的电流限幅,会极大地影响变流器与电网的同步过程。因此,该文致力于研究大扰动故障下功率耦合和电流限幅对变流器暂态同步稳定性的影响。首先,考虑上述环... 详细信息

在有限过流能力的构网型变流器中,有功和无功环之间的功率耦合以及电压电流环之间的电流限幅,会极大地影响变流器与电网的同步过程。因此,该文致力于研究大扰动故障下功率耦合和电流限幅对变流器暂态同步稳定性的影响。首先,考虑上述环节建立构网型变流器并网系统的降阶模型;然后,构建包含构网型控制主要状态变量(功角、频率和输出电压)的能量函数,并在此基础上通过拉塞尔理论估计变流器的吸引域及其对应的暂态稳定裕度。分析表明,功率耦合和电流限幅分别通过影响等效势能和阻尼分布削弱变流器的暂态同步稳定性。由此,该文提出一种基于虚拟阻抗和功率解耦的构网型控制优化策略,以抑制功率耦合和电流限幅引入的负面影响。最后,仿真和实验结果验证上述理论分析的正确性。

关键词：构网型变流器暂态同步稳定性功率耦合电流限幅

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