Security Region of Voltage Source Converter Parameters Considering Phase-locked Stability During Low Voltage Ride-through and Transient Overvoltage

LUO Shujie; XIA Deming; CHEN Lei; WANG Kefei; LI Zhonghui; LIU Qingchen

doi:10.7500/AEPS20250317005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Security Region of Voltage Source Converter Parameters Considering Phase-locked Stability During Low Voltage Ride-through and Transient Overvoltage

Application Research | 更新时间：2026-02-28

- Security Region of Voltage Source Converter Parameters Considering Phase-locked Stability During Low Voltage Ride-through and Transient Overvoltage
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 4, Pages: 163-172(2026)
- 作者机构：
  
  1.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学电机工程与应用电子技术系），北京市 100084
  2.国家电网公司东北分部，辽宁省沈阳市 110180
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Northeast Branch of State Grid Corporation of China(52992624000W)
- DOI：10.7500/AEPS20250317005
  CLC：
- Received：17 March 2025，
  
  Revised：2025-08-11，
  
  Online First：10 November 2025，
  
  Published：25 February 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
骆舒婕,夏德明,陈磊等.考虑低电压穿越锁相稳定与暂态过电压的VSC参数安全域[J].电力系统自动化,2026,50(4):163-172.

LUO Shujie,XIA Deming,CHEN Lei,et al.Security Region of Voltage Source Converter Parameters Considering Phase-locked Stability During Low Voltage Ride-through and Transient Overvoltage[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):163-172.
骆舒婕,夏德明,陈磊等.考虑低电压穿越锁相稳定与暂态过电压的VSC参数安全域[J].电力系统自动化,2026,50(4):163-172. DOI： 10.7500/AEPS20250317005.

LUO Shujie,XIA Deming,CHEN Lei,et al.Security Region of Voltage Source Converter Parameters Considering Phase-locked Stability During Low Voltage Ride-through and Transient Overvoltage[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):163-172. DOI： 10.7500/AEPS20250317005.

摘要

电网短路故障导致电压源型变流器(VSC)进入低电压穿越状态，穿越期间的锁相环稳定性与恢复后的暂态过电压是这个过程中关键的2个安全稳定问题。锁相环参数和低电压穿越期间电流参考值是其中的关键影响参数。文中提出一种综合考虑低电压穿越期间锁相稳定与恢复后暂态过电压的参数安全域计算方法。首先，针对初始点和平衡点之间的偏离量影响传统小扰动稳定判据有效性的问题，提出了考虑初始点偏离量的锁相稳定解析分析方法与参数安全域。其次，定义暂态过电压约束条件，并基于全过程机端电压解析表达式，计算暂态过电压约束下的参数安全域。最后，取交集得到综合考虑锁相稳定与暂态过电压的参数安全域。MATLAB/Simulink仿真结果验证了所得参数安全域的有效性。

Abstract

Short-circuit faults of power grid cause voltage source converters (VSCs) to be in the low voltage ride-through (LVRT) state. During this process

the stability of the phase-locked loop (PLL) and the transient overvoltage after recovery are two critical problems of security and stability. The PLL parameters and the current reference values during the LVRT process are key influencing parameters. This paper proposes a method for calculating the parameter security region that comprehensively considers PLL stability during the LVRT process and transient overvoltage after recovery. Firstly

to address the issue of deviation between the initial point and the equilibrium point affecting the effectiveness of traditional small-disturbance stability criteria

a phase-locked stability analytical analysis method and a parameter security region considering initial point deviation are proposed. Secondly

transient overvoltage constraints are specified

and the parameter security region under transient overvoltage constraints is calculated based on the analytical expression of the terminal voltage throughout the entire process. Finally

the intersection is found to obtain the parameter security region that comprehensively considers PLL stability and transient overvoltage. The effectiveness of the derived parameter security region is validated by MATLAB/Simulink simulation results.

关键词

Keywords

references

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

曾祥辰，刘青，王嘉晨，等 . 弱电网下并网逆变器恒定带宽及稳定裕度的自适应控制策略［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 9 ）： 2682 - 2695 .

ZENG Xiangchen ， LIU Qing ， WANG Jiachen ， et al . Adaptive control strategy of grid-connected inverters with constant bandwidth and stability margin in weak grids ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 9 ）： 2682 - 2695 ..

杨金洲，李业成，熊鸿韬，等 . 新能源接入的受端电网暂态电压失稳高风险故障快速筛选［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 21 ）： 6746 - 6758 .

YANG Jinzhou ， LI Yecheng ， XIONG Hongtao ， et al . A fast screening method for the high-risk faults with transient voltage instability in receiving-end power grids interconnected with new energy ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 21 ）： 6746 - 6758 .

任必兴，杜文娟，王海风，等 . 锁相环控制对永磁直驱风机并网次同步振荡稳定性的影响——控制参数安全域［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 142 - 147 .

REN Bixing ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng ， et al . Influence of PLL control on sub-synchronous oscillation stability of grid-connected PMSG： control parameter safety region ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 142 - 147 .

杨超然，宫泽旭，洪敏，等 . 外环动态影响下变流器广义阻抗判据的适用性分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3012 - 3024 .

YANG Chaoran ， GONG Zexu ， HONG Min ， et al . Applicability analysis of the generalized-impedance stability criterion for converters considering the outer-loop dynamics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3012 - 3024 .

HU Q ， FU L J ， MA F ， et al . Large signal synchronizing instability of PLL-based VSC connected to weak AC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 3220 - 3229 .

CHENG H J ， SHUAI Z K ， SHEN C ， et al . Transient angle stability of paralleled synchronous and virtual synchronous generators in islanded microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 8751 - 8765 .

熊佳旺，孔力，叶华，等 . 弱电网中锁相环型并网变换器非线性暂态稳定解析分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 76 - 84 .

XIONG Jiawang ， KONG Li ， YE Hua ， et al . Analytical analysis on nonlinear transient stability of phase-locked loop type grid-connected converter in weak power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 76 - 84 .

杨浩，刘虎，丁肇豪，等 . 计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 2 ）： 540 - 552 .

YANG Hao ， LIU Hu ， DING Zhaohao ， et al . Two-stage optimal configuration of condenser for high-proportion wind power sending-end power grid considering short circuit ratio increase and transient overvoltage suppression ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 540 - 552 .

屠竞哲，张健，刘明松，等 . 考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 197 - 205 .

TU Jingzhe ， ZHANG Jian ， LIU Mingsong ， et al . Mechanism analysis of transient overvoltage with large disturbance considering dynamic characteristics of wind generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 197 - 205 .

徐式蕴，孙华东，王姝彦，等 . 高比例电力电子电力系统过电压（二）：交流对称故障下暂时工频过电压机理［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 5 ）： 1701 - 1711 .

XU Shiyun ， SUN Huadong ， WANG Shuyan ， et al . Overvoltage of the power system integrated with high proportion of power electronics equipment（Ⅱ）： mechanistic analysis of transient power frequency overvoltage caused by AC symmetrical fault ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 5 ）： 1701 - 1711 .

尚若愚，谢欢，刘昕宇，等 . 基于等效阻抗优化的跟网型变流器暂态过电压抑制方法［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 9 ）： 128 - 134 .

SHANG Ruoyu ， XIE Huan ， LIU Xinyu ， et al . Transient overvoltage suppression method of grid-following converter based on equivalent impedance optimization ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 9 ）： 128 - 134 .

赵博元，路晨，陈磊，等 . 锁相环动态对切换延迟导致的VSC暂态过电压的影响［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 1 ）： 284 - 294 .

ZHAO Boyuan ， LU Chen ， CHEN Lei ， et al . Impact of phase-locked loop dynamics on transient over-voltage in VSC due to switching delays ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 1 ）： 284 - 294 .

姜齐荣，赵崇滨 . 并网逆变器的电磁暂态同步稳定问题［J］. 清华大学学报（自然科学版）， 2021 ， 61 （ 5 ）： 415 - 428 .

JIANG Qirong ， ZHAO Chongbin . Electromagnetic transient synchronization stability with grid-connected inverters ［J］. Journal of Tsinghua University （Science and Technology）， 2021 ， 61 （ 5 ）： 415 - 428 .

HE X Q ， HE C J ， PAN S S ， et al . Synchronization instability of inverter-based generation during asymmetrical grid faults ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1018 - 1031 .

WANG X W ， YAO J ， PEI J X ， et al . Analysis and damping control of small-signal oscillations for VSC connected to weak AC grid during LVRT ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 1667 - 1676 .

WU H ， WANG X F . Design-oriented transient stability analysis of PLL-synchronized voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 3573 - 3589 .

邢光正，吴琛，陈磊，等 . 电压源变换器接入电网的小扰动稳定机理分析［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 42 - 49 .

XING Guangzheng ， WU Chen ， CHEN Lei ， et al . Analysis of small disturbance stability mechanism forgrid-connected voltage source converter ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 42 - 49 .

HE X Q ， GENG H . Transient stability of power systems integrated with inverter-based generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 553 - 556 .

GENG H ， LIU L ， LI R Q . Synchronization and reactive current support of PMSG-based wind farm during severe grid fault ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 1596 - 1604 .

STROGATZ S H . Nonlinear dynamics and chaos ［M］. Boca Raton， USA ： CRC Press ， 2014 .

邢光正，闵勇，陈磊，等 . 并网VSC的大扰动失稳模式［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 8 ）： 47 - 54 .

XING Guangzheng ， MIN Yong ， CHEN Lei ， et al . Low frequency dynamic stability analysis model and mechanism research for PLL-synchronized VSC connected to weak grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 47 - 54 .

ZHAO J T ， HUANG M ， YAN H ， et al . Nonlinear and transient stability analysis of phase-locked loops in grid-connected converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 1018 - 1029 .

骆舒婕，陈磊，赵博元，等 . 考虑锁相环动态的VSC暂态过电压解析计算与参数影响分析［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 11 ）： 168 - 177 .

LUO Shujie ， CHEN Lei ， ZHAO Boyuan ， et al . Analytical calculation and parameter influence analysis of VSC transient overvoltage considering phase-locked loop dynamics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 11 ）： 168 - 177 .

刘延柱，陈立群 . 非线性振动［M］. 2版 . 北京：高等教育出版社， 2024 .

LIU Yanzhu ， CHEN Liqun . Nonlinear vibrations ［M］. 2nd ed . Beijing ： Higher Education Press ， 2024 .

闫寒，黄萌，唐英杰，等 . 电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

YAN Han ， HUANG Meng ， TANG Yingjie ， et al . Transient stability analysis of grid-connected converter system considering frequency disturbance of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范： GB/T 50064—2014 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2014 .

Code for design of overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations ： GB/T 50064—2014 ［S］. Beijing ： China Planning Press ， 2014 .

孙华东，徐式蕴，贺静波，等 . 高比例电力电子电力系统过电压（一）：定义、分类及相关要求［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 1 ）： 22 - 34 .

SUN Huadong ， XU Shiyun ， HE Jingbo ， et al . Overvoltage of the power system integrated with high proportion of power electronics（Ⅰ）： definition， classification and relevant requirements ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 1 ）： 22 - 34 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Analytical Calculation and Parameter Influence Analysis of VSC Transient Overvoltage Considering Phase-locked Loop Dynamics

Centralized Preemptive Frequency Correction Control Scheme Considering Short-time Inertia Fluctuations

Mechanism Analysis of Transient Overvoltage with Large Disturbance Considering Dynamic Characteristics of Wind Generator

Related Author

LUO Shujie

CHEN Lei

ZHAO Boyuan

MIN Yong

LYU Yazhou

JIANG Tao

ZHANG Mingheng

LI Zhaowei

Related Institution

State Key Laboratory of Operation and Control of New Power System, Department of Electrical Engineering, Tsinghua University

School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

State Key Laboratory of Power Grid Safety and Energy Conservation(China Electric Power Research Institute)

National Electric Power Dispatching and Control Center

⁰