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

HU Qinran; WU Shaohui; HAN Rushuai; ZHANG Wang; QIAN Tao; QUAN Xiangjun; HOU Kai; WU Zaijun

doi:10.7500/AEPS20240308001

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

Review·Perspective | 更新时间：2025-07-04

- Review of Stability Analysis Methods and Improvement Measures for Power System Dominated by Multiple Virtual Synchronous Generators
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 12, Pages: 11-30(2025)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.国网合肥供电公司，安徽省合肥市 230000
  3.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Jiangsu Provincial Science Fund for Distinguished Young Scholars(BK20230027)
- DOI：10.7500/AEPS20240308001
  CLC：
- Received：08 March 2024，
  
  Revised：2024-06-24，
  
  Published Online：06 September 2024，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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胡秦然,巫绍辉,韩汝帅等.多虚拟同步发电机主导系统稳定性分析方法及提高措施综述[J].电力系统自动化,2025,49(12):11-30.

HU Qinran,WU Shaohui,HAN Rushuai,et al.Review of Stability Analysis Methods and Improvement Measures for Power System Dominated by Multiple Virtual Synchronous Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):11-30.
胡秦然,巫绍辉,韩汝帅等.多虚拟同步发电机主导系统稳定性分析方法及提高措施综述[J].电力系统自动化,2025,49(12):11-30. DOI： 10.7500/AEPS20240308001.

HU Qinran,WU Shaohui,HAN Rushuai,et al.Review of Stability Analysis Methods and Improvement Measures for Power System Dominated by Multiple Virtual Synchronous Generators[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):11-30. DOI： 10.7500/AEPS20240308001.

摘要

电网中电力电子设备的占比不断增加，其转动惯量的缺失以及与电网复杂的交互作用导致电力系统，特别是几乎全电力电子化的微电网系统面临严峻的频率安全挑战。虚拟同步发电机（VSG）技术通过模拟传统同步发电机的外特性，为电网提供了有效的虚拟惯性支撑，未来将出现多VSG协同支撑新型电力系统运行的场景。确保VSG技术引入后电力系统的稳定运行是该技术能否大规模应用的关键，故需要重点研究VSG技术的稳定性问题。文中首先综述了主配电网中的VSG稳定性研究进展，介绍了VSG技术原理，梳理了电流源型VSG和电压源型VSG的拓扑结构和特性。接着，针对VSG单机本体到多机协同，详细介绍了小信号稳定和暂态稳定的主流分析方法和稳定性提升措施。然后，聚焦于微电网应用中VSG技术的稳定性问题，从微电网初建阶段到常态化调度阶段，从设备层面到系统层面，全时序多层次分析了VSG技术在其中面临的稳定性难点。最后，给出了VSG技术稳定性研究后续发展的设想和建议。

Abstract

With the increasing proportion of power electronic devices in the power grid

the absence of moment of inertia of power electronic devices and their complex interactions with the power grid lead to severe frequency security challenges for power systems

especially for microgrid systems with almost entire power electronization. The virtual synchronous generator (VSG) technology provides effective virtual inertia support for the power grid by simulating the external characteristics of conventional synchronous generators. In the future

scenarios involving the collaborative support of multiple VSGs in new power systems are expected to be widespread. Ensuring the stable operation of the power system after the introduction of VSG technology is the key to the large-scale application of this technology. It is necessary to focus on the stability issue of VSG technology. This paper first reviews the progress of VSG stability research in the main distribution network

introduces the principle of VSG technology

and reviews topological structures and characteristics of the current-source VSG and the voltage-source VSG. Then

from the perspective of the single VSG to the collaboration of multiple VSGs

the mainstream analysis methods and stability enhancement measures for both the small-signal stability and the transient stability are described in detail. Focusing on the stability issue of VSG technology applied in microgrids

this paper analyzes the stability difficulties faced by VSG technology in a full-time sequence from the initial stage of microgrid construction to the stage of normal scheduling and at multiple levels from the equipment level to the system level. Finally

the ideas and suggestions for the subsequent development of VSG stability research are given.

关键词

Keywords

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