Low-frequency Oscillation Analysis and Damping Control for Grid-forming Converters Based on DC Voltage Synchronization

JIANG Xin; YI Hao; ZHUO Fang; LI Yuguo; WANG Zhenxiong

doi:10.7500/AEPS20230826001

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Low-frequency Oscillation Analysis and Damping Control for Grid-forming Converters Based on DC Voltage Synchronization

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Low-frequency Oscillation Analysis and Damping Control for Grid-forming Converters Based on DC Voltage Synchronization
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 16, Pages: 30-39(2024)
- 作者机构：
  
  电工材料电气绝缘全国重点实验室（西安交通大学），陕西省西安市 710049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51977172)
- DOI：10.7500/AEPS20230826001
  CLC：
- Received：26 August 2023，
  
  Revised：2023-10-19，
  
  Published Online：26 April 2024，
  
  Published：25 August 2024
- 稿件说明：
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姜鑫,易皓,卓放等.基于直流电压同步的构网型变流器低频振荡分析与阻尼控制[J].电力系统自动化,2024,48(16):30-39.

JIANG Xin,YI Hao,ZHUO Fang,et al.Low-frequency Oscillation Analysis and Damping Control for Grid-forming Converters Based on DC Voltage Synchronization[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):30-39.
姜鑫,易皓,卓放等.基于直流电压同步的构网型变流器低频振荡分析与阻尼控制[J].电力系统自动化,2024,48(16):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20230826001.

JIANG Xin,YI Hao,ZHUO Fang,et al.Low-frequency Oscillation Analysis and Damping Control for Grid-forming Converters Based on DC Voltage Synchronization[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):30-39. DOI： 10.7500/AEPS20230826001.

摘要

基于直流电压同步的构网型变流器能够在稳定直流侧电压的同时实现变流器自同步，然而直流电压动态与控制环相互作用可能会引起系统低频振荡。为了研究低频振荡产生的机理，建立了计及直流电压同步控制环与交流电压环的构网型变流器“功率-功角”稳定性分析模型，分析发现直流电压同步相比于功率同步会引入更多的相位滞后，同时交流电压环也会在环路中引入相位滞后，导致系统环路增益在具有高幅值的低频范围内存在-180°相位穿越，进而引发低频振荡问题。基于低频振荡机理分析，提出两种对直流电压同步控制进行相位补偿的方法，通过重塑系统环路低频高增益区的相位，实现对低频段的阻尼控制和振荡抑制。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

Abstract

The grid-forming converters based on DC voltage synchronization cannot only stabilize DC voltage but also realize the self-synchronization of converters. However

the interaction between DC voltage dynamics and control loops may cause low-frequency oscillation of the system. To study the mechanism of low-frequency oscillation

the “active power-power angle” model for stability analysis is built with consideration of the DC voltage synchronization control loop and AC voltage loop. It is found that DC voltage synchronization introduces more phase lag compared with active power synchronization

while the AC voltage loop also introduces phase lag in the loop. As a result

the system loop gain has the -180° phase crossing in the low frequency range with a high magnitude

thereby triggering the low-frequency oscillation issues. Based on the analysis of the low-frequency oscillation mechanism

two phase compensation methods for DC voltage synchronization control are proposed. Through reshaping the system loop phase in the high-gain-amplitude area of the low-frequency range

the damping control and oscillation suppression in the low-frequency range can be realized. Finally

the simulation and the experiment verify the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed methods.

关键词

Keywords

references

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