Mechanism Analysis of Power Low-frequency Oscillations in Parallel System of Multiple Virtual Synchronous Generators

LIU Yuxin; PENG Ke; ZHAO Zida; JIANG Yan; CAI Yuanxin

doi:10.7500/AEPS20231229004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Mechanism Analysis of Power Low-frequency Oscillations in Parallel System of Multiple Virtual Synchronous Generators

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Mechanism Analysis of Power Low-frequency Oscillations in Parallel System of Multiple Virtual Synchronous Generators
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 19, Pages: 89-100(2024)
- 作者机构：
  
  山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023ME034);National Natural Science Foundation of China(52377110)
- DOI：10.7500/AEPS20231229004
  CLC：
- Received：29 December 2023，
  
  Revised：2024-05-11，
  
  Published Online：23 July 2024，
  
  Published：10 October 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
刘雨昕,彭克,赵子达等.多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(19):89-100.

LIU Yuxin,PENG Ke,ZHAO Zida,et al.Mechanism Analysis of Power Low-frequency Oscillations in Parallel System of Multiple Virtual Synchronous Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):89-100.
刘雨昕,彭克,赵子达等.多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析[J].电力系统自动化,2024,48(19):89-100. DOI： 10.7500/AEPS20231229004.

LIU Yuxin,PENG Ke,ZHAO Zida,et al.Mechanism Analysis of Power Low-frequency Oscillations in Parallel System of Multiple Virtual Synchronous Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(19):89-100. DOI： 10.7500/AEPS20231229004.

摘要

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的外特性来提高新能源发电系统的惯量水平及惯性支撑能力，但虚拟同步发电机也会存在传统同步发电机的功率低频振荡问题。文中针对多虚拟同步发电机并联系统的低频振荡机理进行了研究。首先，建立了多虚拟同步发电机并联系统的单机等值模型，推导了等值模型的数学表达式。然后，建立了有功分量和无功分量刻画的低频振荡频率解析表达式，进一步对影响无功功率振荡频率的参数进行灵敏度分析，实现模型的降阶，揭示了系统参数及控制参数对振荡频率的影响规律。最后，通过仿真及实验验证了模型的有效性及理论分析的正确性。

Abstract

The virtual synchronous generator improves the inertia level and inertia support capacity of the renewable energy generation system by simulating the external characteristics of the conventional synchronous generator. However

the virtual synchronous generator also has the problem of power low-frequency oscillation of the conventional synchronous generator. This paper studies the mechanism of low-frequency oscillation in the parallel system of multiple virtual synchronous generators. First

the single-generator equivalent model of the parallel system of multiple virtual synchronous generators is established

and the mathematical expression of the equivalent model is deduced. Then

the analytical expression of the low-frequency oscillation frequency portrayed by active and reactive components is established. Furthermore

more the parameter influencing the oscillation frequency of reactive power is analyzed in terms of sensitivity to achieve the order reduction of the model. The influence laws of system parameters and control parameters on the oscillation frequency are revealed. Finally

the effectiveness of the model and the correctness of the theoretical analysis are verified by the simulation and experiments.

关键词

Keywords

references

吕志鹏，盛万兴，钟庆昌，等 . 虚拟同步发电机及其在微电网中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2591 - 2603 .

LÜ Zhipeng ， SHENG Wanxing ， ZHONG Qingchang ， et al . Virtual synchronous generator and its applications in micro-grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2591 - 2603 .

王博，杨德友，蔡国伟 . 高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3007 .

WANG Bo ， YANG Deyou ， CAI Guowei . Review of research on power system inertia related issues in the context of high penetration of renewable power generation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3007 .

李云利，彭克，张新慧，等 . 基于Hamilton系统理论的直流配电系统镇定控制［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3999 - 4010 .

LI Yunli ， PENG Ke ， ZHANG Xinhui ， et al . Stabilization control of DC distribution systems based on Hamilton system theory ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3999 - 4010 .

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 .

潘子迅，杨晓峰，赵锐，等 . 不平衡电网下虚拟同步机的多模式协调策略［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 16 ）： 4274 - 4285 .

PAN Zixun ， YANG Xiaofeng ， ZHAO Rui ， et al . Multi-mode coordination control of virtual synchronous generator under unbalanced power grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 16 ）： 4274 - 4285 .

于晶荣，孙文，于佳琪，等 . 基于惯性自适应的并网逆变器虚拟同步发电机控制［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 4 ）： 137 - 144 .

YU Jingrong ， SUN Wen ， YU Jiaqi ， et al . Virtual synchronous generator control of a grid-connected inverter based on adaptive inertia ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 4 ）： 137 - 144 .

杨效，曾成碧，赖辉，等 . 弱电网下基于谐波状态空间模型的光储-虚拟同步发电机稳定性分析与优化控制研究［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 16 ）： 34 - 47 .

YANG Xiao ， ZENG Chengbi ， LAI Hui ， et al . A stability analysis method and optimal control of a photovoltaic energy storage-virtual synchronous generator based on a harmonic state space model in a weak grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 16 ）： 34 - 47 .

涂春鸣，谢伟杰，肖凡，等 . 多虚拟同步发电机并联系统控制参数对稳定性的影响分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 15 ）： 77 - 86 .

TU Chunming ， XIE Weijie ， XIAO Fan ， et al . Influence analysis of control parameters of parallel system with multiple virtual synchronous generators on stability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 15 ）： 77 - 86 .

刘欣，郭志博，贾焦心，等 . 基于序阻抗的虚拟同步发电机并网稳定性分析及虚拟阻抗设计［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 15 ）： 4130 - 4146 .

LIU Xin ， GUO Zhibo ， JIA Jiaoxin ， et al . Stability analysis and virtual impedance design of virtual synchronous machine based on sequence impedance ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 15 ）： 4130 - 4146 .

张波，颜湘武，黄毅斌，等 . 虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 10 ）： 42 - 52 .

ZHANG Bo ， YAN Xiangwu ， HUANG Yibin ， et al . Stability control and inertia matching method of multi-parallel virtual synchronous generators ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 10 ）： 42 - 52 .

陈谦，周文海，何承树，等 . 采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 2 ）： 682 - 690 .

CHEN Qian ， ZHOU Wenhai ， HE Chengshu ， et al . Characteristics analysis and suppression of power oscillation of virtual synchronous generator using three-order model ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 2 ）： 682 - 690 .

马铱林，杨欢，屈子森，等 . 改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 1 ）： 269 - 275 .

MA Yilin ， YANG Huan ， QU Zisen ， et al . Design method for improving damping characteristics of virtual synchronous generator ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 269 - 275 .

洪灏灏，顾伟，黄强，等 . 微电网中多虚拟同步机并联运行有功振荡阻尼控制［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6247 - 6255 .

HONG Haohao ， GU Wei ， HUANG Qiang ， et al . Power oscillation damping control for microgrid with multiple VSG units ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6247 - 6255 .

孙大卫，刘辉，吴林林，等 . 虚拟同步发电机对低频振荡的影响建模与特性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 24 ）： 134 - 144 .

SUN Dawei ， LIU Hui ， WU Linlin ， et al . Modeling and characteristic analysis on influence of virtual synchronous generator on low-frequency oscillation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 24 ）： 134 - 144 .

陈建，任永峰，云平平，等 . 基于UDE的虚拟同步发电机功频振荡抑制策略［J］. 太阳能学报， 2022 ， 43 （ 12 ）： 220 - 226 .

CHEN Jian ， REN Yongfeng ， YUN Pingping ， et al . Power-frequency oscillation suppression strategy of virtual synchronous generator based on UDE ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2022 ， 43 （ 12 ）： 220 - 226 .

孟建辉，王毅，石新春，等 . 基于虚拟同步发电机的分布式逆变电源控制策略及参数分析［J］. 电工技术学报， 2014 ， 29 （ 12 ）： 1 - 10 .

MENG Jianhui ， WANG Yi ， SHI Xinchun ， et al . Control strategy and parameter analysis of distributed inverters based on VSG ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2014 ， 29 （ 12 ）： 1 - 10 .

任碧莹，邱姣姣，刘欢，等 . 基于虚拟同步发电机双机并联系统的参数自调节优化控制策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 1 ）： 128 - 138 .

REN Biying ， QIU Jiaojiao ， LIU Huan ， et al . Optimization control strategy of self-adjusting parameter based on dual-parallel virtual synchronous generators ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 128 - 138 .

盛万兴，吕志鹏，崔健，等 . 虚拟同步机运行区域计算与参数分析［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

SHENG Wanxing ， LÜ Zhipeng ， CUI Jian ， et al . Operation area calculation and parameter analysis of virtual synchronous generator ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

兰征，龙阳，曾进辉，等 . 考虑超调的虚拟同步发电机暂态功率振荡抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 11 ）： 131 - 141 .

LAN Zheng ， LONG Yang ， ZENG Jinhui ， et al . Transient power oscillation suppression strategy of virtual synchronous generator considering overshoot ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 131 - 141 .

吴恒，阮新波，杨东升，等 . 虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

WU Heng ， RUAN Xinbo ， YANG Dongsheng ， et al . Modeling of the power loop and parameter design of virtual synchronous generators ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

张可心，朱琳，赵学深，等 . 多换流器直流系统的虚拟惯性评估与控制参数协调设计［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 87 - 95 .

ZHANG Kexin ， ZHU Lin ， ZHAO Xueshen ， et al . Virtual inertia evaluation and coordinated design of control parameters for multi-converter DC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 87 - 95 .

姚广增，彭克，李海荣，等 . 柔性直流配电系统高频振荡降阶模型与机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 29 - 36 .

YAO Guangzeng ， PENG Ke ， LI Hairong ， et al . Reduced-order model and mechanism analysis of high-frequency oscillation in flexible DC distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 29 - 36 .

李海荣，彭克，陈羽，等 . 直流配电系统直流电压控制时间尺度的低频振荡机理分析［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 6 ）： 2232 - 2242 .

LI Hairong ， PENG Ke ， CHEN Yu ， et al . Mechanism analysis of low frequency oscillation on DC voltage control time scale in DC distribution system ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 6 ）： 2232 - 2242 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Review of Stability Analysis Methods and Improvement Measures for Power System Dominated by Multiple Virtual Synchronous Generators

Damping Characteristic Analysis and Control of Energy Storage Virtual Synchronous Generator Based on Virtual Torque Compensation

Related Author

HU Qinran

WU Shaohui

HAN Rushuai

ZHANG Wang

QIAN Tao

QUAN Xiangjun

HOU Kai

WU Zaijun

Related Institution

School of Electrical Engineering, Southeast University

State Grid Hefei Power Supply Company

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute)

College of Electrical and Information Engineering, Zhengzhou University of Light Industry

⁰