Transient Synchronization Stability Analysis of System with Paralleled Virtual Synchronous Generators and Current-controlled Converters

Chao SHEN; Zhikang SHUAI; Huijie CHENG

doi:10.7500/AEPS20201002001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Transient Synchronization Stability Analysis of System with Paralleled Virtual Synchronous Generators and Current-controlled Converters

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Transient Synchronization Stability Analysis of System with Paralleled Virtual Synchronous Generators and Current-controlled Converters
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 10, Pages: 115-123(2021)
- 作者机构：
  
  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
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China
- DOI：10.7500/AEPS20201002001
  CLC：
- Received：02 October 2020，
  
  Revised：2021-01-08，
  
  Published Online：24 March 2021，
  
  Published：25 May 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
沈超,帅智康,程慧婕.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[J].电力系统自动化,2021,45(10):115-123.

SHEN Chao,SHUAI Zhikang,CHENG Huijie.Transient Synchronization Stability Analysis of System with Paralleled Virtual Synchronous Generators and Current-controlled Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(10):115-123.
沈超,帅智康,程慧婕.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[J].电力系统自动化,2021,45(10):115-123. DOI： 10.7500/AEPS20201002001.

SHEN Chao,SHUAI Zhikang,CHENG Huijie.Transient Synchronization Stability Analysis of System with Paralleled Virtual Synchronous Generators and Current-controlled Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(10):115-123. DOI： 10.7500/AEPS20201002001.

摘要

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。

Abstract

The injected current of current-controlled converters has unnegligible effect on the transient synchronization stability of virtual synchronous generators (VSGs) in the grid-connected paralleled power supply system

which may result in irreversible instability problem of the system. Studying the interaction mechanism among different converters in the paralleled power supply system is an important prerequisite for ensuring stable operation of the system during the transient period. This paper builds the transient interaction model of VSGs and current-controlled converters. It is found that the effect of injected current on the transient stability of VSG is determined by the power coupling terms. On this basis

the effect of phase angle of injected current on the transient stability of VSG is studied by using equal area criterion (EAC) in both purely inductive and resistive-inductive networks. The research result shows that

when the sum of the phase angle of injected current and the admittance angle of paralleled line is close to -90°

the system stability will be enhanced. The simulation results based on PSCAD/EMTDC and the experimental results based on RT-LAB verify the correctness of the theoretical analysis.

关键词

Keywords

references

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

丁明，杨向真，苏建徽 . 基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 8 ）： 89 - 93 .

DING Ming ， YANG Xiangzhen ， SU Jianhui . Control strategies of inverters based on virtual synchronous generator in a microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 8 ）： 89 - 93 .

鲁宗相，王彩霞，闵勇，等 . 微电网研究综述［J］. 电力系统自动化， 2007 ， 31 （ 19 ）： 100 - 107 .

LU Zongxiang ， WANG Caixia ， MIN Yong ， et al . Overview on microgrid research ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2007 ， 31 （ 19 ）： 100 - 107 .

郑天文，陈来军，陈天一，等 . 虚拟同步发电机技术及展望［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 21 ）： 165 - 175 .

ZHENG Tianwen ， CHEN Laijun ， CHEN Tianyi ， et al . Review and prospect of virtual synchronous generator technologies ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 21 ）： 165 - 175 .

吕志鹏，盛万兴，刘海涛，等 . 虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 349 - 360 .

LÜ Zhipeng ， SHENG Wanxing ， LIU Haitao ， et al . Application and challenge of virtual synchronous machine technology in power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 349 - 360 .

SHUAI Zhikang ， SHEN Chao ， LIU Xuan ， et al . Transient angle stability of virtual synchronous generators using Lyapunov’s direct method ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 4648 - 4661 .

HUANG Linbin ， XIN Huanhai ， WANG Zhen ， et al . Transient stability analysis and control design of droop-controlled voltage source converters considering current limitation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 578 - 591 .

黄林彬，章雷其，辛焕海，等 . 下垂控制逆变器的虚拟功角稳定机理分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 12 ）： 117 - 123 .

HUANG Linbin ， ZHANG Leiqi ， XIN Huanhai ， et al . Mechanism analysis of virtual power angle stability in droop-controlled inverters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 12 ）： 117 - 123 .

黄林彬，辛焕海，鞠平，等 . 电力电子并网装备的同步稳定分析与统一同步控制结构［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 10 - 25 .

HUANG Linbin ， XIN Huanhai ， JU Ping ， et al . Synchronization stability analysis and unified synchronization control structure of grid-connected power electronic devices ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 10 - 25 .

徐政 . 电力系统广义同步稳定性的物理机理与研究途径［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 3 - 9 .

XU Zheng . Physical mechanism and research approach of generalized synchronous stability for power systems ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 3 - 9 .

PAQUETTE A D ， DIVAN D M . Virtual impedance current limiting for inverters in microgrids with synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2015 ， 51 （ 2 ）： 1630 - 1638 .

CHOI J ， ILLINDALA M S ， MONDAL A ， et al . Cascading collapse of a large-scale mixed source microgrid caused by fast-acting inverter-based distributed energy resources ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 6 ）： 5727 - 5735 .

赵卓立，杨苹，许志荣，等 . 多源多变换微电网大扰动暂态稳定性研究综述［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 7 ）： 2195 - 2204 .

ZHAO Zhuoli ， YANG Ping ， XU Zhirong ， et al . Review on large-disturbance transient stability research of microgrid with multiple energy resources and multiple conversions ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 2195 - 2204 .

朱蜀，刘开培，秦亮，等 . 电力电子化电力系统暂态稳定性分析综述［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 14 ）： 3947 - 3962 .

ZHU Shu ， LIU Kaipei ， QIN Liang ， et al . Analysis of transient stability of power electronics dominated power system： an overview ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 14 ）： 3947 - 3962 .

朱蜀，刘开培，秦亮 . 虚拟同步发电机的暂态稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 51 - 58 .

ZHU Shu ， LIU Kaipei ， QIN Liang . Transient stability analysis of virtual synchronous generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 51 - 58 .

WU Heng ， WANG Xiongfei . Design-oriented transient stability analysis of grid-connected converters with power synchronization control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 8 ）： 6473 - 6482 .

PAN Donghua ， WANG Xiongfei ， LIU Fangcheng ， et al . Transient stability of voltage-source converters with grid-forming control： a design-oriented study ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 1019 - 1033 .

ALIPOOR J ， MIURA Y ， ISE T . Stability assessment and optimization methods for microgrid with multiple VSG units ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 2 ）： 1462 - 1471 .

CHOOPANI M ， HOSSEINIAN S H ， VAHIDI B . New transient stability and LVRT improvement of multi-VSG grids using the frequency of the center of inertia ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 527 - 538 .

CHENG Huijie ， SHUAI Zhikang ， SHEN Chao ， et al . Transient angle stability of paralleled synchronous and virtual synchronous generators in islanded microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 8751 - 8765 .

董哲，周明，李庚银，等 . 风机有功控制对系统暂态功角第二摆稳定性影响机理［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4680 - 4690 .

DONG Zhe ， ZHOU Ming ， LI Gengyin ， et al . Influence mechanism of active power control of wind turbine generators on power system transient second swing stability ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 16 ）： 4680 - 4690 .

刘璐，耿华，马少康，等 . 低电压穿越过程中DFIG型风电场同步稳定及无功电流控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 15 ）： 4399 - 4407 .

LIU Lu ， GENG Hua ， MA Shaokang ， et al . Synchronization stability and reactive current control method of DFIG wind farm during low voltage ride through ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 15 ）： 4399 - 4407 .

HE Xiuqiang ， GENG Hua ， LI Ruiqi ， et al . Transient stability analysis and enhancement of renewable energy conversion system during LVRT ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1612 - 1623 .

段青，盛万兴，沈超，等 . 孤岛微电网中虚拟机差异化故障穿越方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3307 - 3314 .

DUAN Qing ， SHENG Wanxing ， SHEN Chao ， et al . Differentiated fault ride-through method for synchronverter in islanded microgrid ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3307 - 3314 .

李清辉，葛平娟，肖凡，等 . 基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2071 - 2080 .

LI Qinghui ， GE Pingjuan ， XIAO Fan ， et al . Study on fault ride-through method of VSG based on power angle and current flexible regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2071 - 2080 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator

Transient Stability Evaluation and Influencing Factor Analysis of Multi-infeed System with Grid-following Power Source

Related Author

HUANG Haihong

WANG Guangya

WANG Haixin

LIU Cheng

WANG Yingyue

ZHANG Yuchi

CAI Guowei

CAO Zhichong

Related Institution

School of Electrical Engineering and Automation, Hefei University of Technology

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

State Key Laboratory of Power Transmission Equipment Technology (Chongqing University)

Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co., Ltd.

⁰