Transient Stability Analysis and Control of Grid-forming Converter Considering Virtual Impedance Power Decoupling

MENG Xiaoxiao; WANG Yuchen; MAO Xun; XIE Bao; SHAO Bingbing

doi:10.7500/AEPS20240304001

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Transient Stability Analysis and Control of Grid-forming Converter Considering Virtual Impedance Power Decoupling

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Transient Stability Analysis and Control of Grid-forming Converter Considering Virtual Impedance Power Decoupling
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 24, Pages: 101-111(2024)
- 作者机构：
  
  1.新能源利用与节能安徽省重点实验室（合肥工业大学），安徽省合肥市 230009
  2.国网安徽省电力科学研究院，安徽省合肥市 230000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Anhui Provincial Natural Science Foundation of China(2108085UD09);National Natural Science Foundation of China(52207087)
- DOI：10.7500/AEPS20240304001
  CLC：
- Received：04 March 2024，
  
  Revised：2024-08-27，
  
  Published Online：06 November 2024，
  
  Published：25 December 2024
- 稿件说明：
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孟潇潇,王煜琛,毛荀等.考虑虚拟阻抗功率解耦的构网型变流器暂态稳定分析及控制[J].电力系统自动化,2024,48(24):101-111.

MENG Xiaoxiao,WANG Yuchen,MAO Xun,et al.Transient Stability Analysis and Control of Grid-forming Converter Considering Virtual Impedance Power Decoupling[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):101-111.
孟潇潇,王煜琛,毛荀等.考虑虚拟阻抗功率解耦的构网型变流器暂态稳定分析及控制[J].电力系统自动化,2024,48(24):101-111. DOI： 10.7500/AEPS20240304001.

MENG Xiaoxiao,WANG Yuchen,MAO Xun,et al.Transient Stability Analysis and Control of Grid-forming Converter Considering Virtual Impedance Power Decoupling[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):101-111. DOI： 10.7500/AEPS20240304001.

摘要

虚拟阻抗控制有助于改善构网型变流器因阻性线路引起的功率耦合问题，同时还能在电网发生故障时启动以起到限流作用。虚拟阻抗的引入深刻影响故障大扰动下构网型变流器的暂态同步稳定性，目前尚缺少针对上述影响的稳定量化分析方法。因此，文中首先建立构网型变流器并网系统考虑虚拟阻抗控制前后的经典三阶降阶动态模型。然后，结合拉萨尔不变性原理构建考虑虚拟阻抗功率解耦的改进能量函数。分析表明，改进能量函数能通过吸引域量化评估虚拟阻抗参数对暂态稳定性的影响。基于此，提出一种考虑虚拟阻抗功率解耦的构网型变流器暂态稳定优化控制策略，以提高其暂态同步稳定性。最后，仿真和实验结果验证了所提优化控制策略的有效性。

Abstract

The virtual impedance control is helpful in reducing the power coupling problem of grid-forming converters caused by resistive lines. It can also be activated to play the role of current limitation in the case of grid fault. The introduction of virtual impedance profoundly affects the transient synchronous stability of grid-forming converters under large disturbances of faults. At present

there is no stable quantitative analysis method for these effects. Therefore

this paper establishes the classical third-order reduced-order dynamic model for the grid-connected system of grid-forming converters with virtual impedance control. Then

an improved energy function considering virtual impedance power decoupling is constructed based on the LaSalle’s invariance principle. The analysis shows that the improved energy function can evaluate the effect of the virtual impedance parameters on the transient stability by quantifying the attraction domain. Based on this

this paper proposes a transient stability optimal control strategy of grid-forming converters considering the virtual impedance power decoupling to improve the transient synchronous stability of grid-forming converters. Finally

the simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed optimal control strategy.

关键词

Keywords

references

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