Analysis and Control of Low-frequency Oscillation Damping of Virtual Synchronous Generator Considering Influence of Voltage Loop

Guangyu WANG; Lijun FU; Qi HU; Chenruiyang LIU; Yanhong MA

doi:10.7500/AEPS20211112003

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Analysis and Control of Low-frequency Oscillation Damping of Virtual Synchronous Generator Considering Influence of Voltage Loop

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

- Analysis and Control of Low-frequency Oscillation Damping of Virtual Synchronous Generator Considering Influence of Voltage Loop
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 14, Pages: 177-184(2022)
- 作者机构：
  
  舰船综合电力技术国防科技重点实验室（海军工程大学），湖北省武汉市 430033
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52107137)
- DOI：10.7500/AEPS20211112003
  CLC：
- Received：12 November 2021，
  
  Revised：2022-02-04，
  
  Published Online：06 June 2022，
  
  Published：25 July 2022
- 稿件说明：
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王光宇,付立军,胡祺等.计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制[J].电力系统自动化,2022,46(14):177-184.

WANG Guangyu,FU Lijun,HU Qi,et al.Analysis and Control of Low-frequency Oscillation Damping of Virtual Synchronous Generator Considering Influence of Voltage Loop[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(14):177-184.
王光宇,付立军,胡祺等.计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制[J].电力系统自动化,2022,46(14):177-184. DOI： 10.7500/AEPS20211112003.

WANG Guangyu,FU Lijun,HU Qi,et al.Analysis and Control of Low-frequency Oscillation Damping of Virtual Synchronous Generator Considering Influence of Voltage Loop[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(14):177-184. DOI： 10.7500/AEPS20211112003.

摘要

虚拟同步发电机（VSG）通过多层控制模拟同步发电机运行特性，其动态具有多时间尺度特征，并网系统存在宽频振荡模式。文中关注低频振荡模式，基于多时间尺度特性分析，建立计及相邻尺度

轴电压环影响的类Heffron-Phillips稳定分析模型，进而借鉴传统电力系统低频振荡研究思路，应用阻尼转矩法揭示了虚拟转子运动的阻尼特性。分析发现VSG阻尼可分为两部分：虚拟转子运动自身固有阻尼和等效电磁转矩提供附加阻尼。附加阻尼为负，并深受电压环动态影响，当附加阻尼大于固有阻尼时，低频振荡模式会因阻尼不足而失稳。基于阻尼特性分析，提出一种电压环相位补偿方法，增大等效电磁转矩与阻尼分量负半轴角度，以削弱电压环引入的负阻尼影响。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性和改进控制的有效性。

Abstract

The virtual synchronous generator (VSG) simulates the operation characteristics of the synchronous generator through the multi-layer control. Its dynamics have multi-time-scale characteristics

and there is a broadband oscillation mode in the grid-connected system. This paper focuses on the low-frequency oscillation mode. Based on the multi-time-scale characteristic analysis

this paper establishes a stability analysis model similar to the Heffron-Phillips model considering the influence of the

-axis voltage loop in the adjacent time scale. Then

based on the traditional research idea of low-frequency oscillation in the power system

the damping torque method is used to reveal the damping characteristics of virtual rotor motion. It is found that the damping of VSG can be divided into two parts: the inherent damping of virtual rotor motion and the additional damping provided by the equivalent electromagnetic torque. The additional damping is negative and is deeply affected by the dynamics of the voltage loop. When the additional damping is greater than the inherent damping

the low-frequency oscillation mode will be unstable due to the insufficient damping. Based on the analysis of damping characteristics

a phase compensation method of voltage loop is proposed. The angle between equivalent electromagnetic torque and the negative half axis of the damping component is increased to weaken the negative damping effect introduced by the voltage loop. Finally

the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the improved control are verified by simulation.

关键词

Keywords

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